DE1577108A1

DE1577108A1 - Verbundwerkstoffe und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE1577108A1
Application number: DE19661577108
Authority: DE
Inventors: Holtzman Arnold Harold; Bergmann Oswald Robert; Cowan George Robert
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: EIDP Inc
Priority date: 1965-10-23
Filing date: 1966-10-24
Publication date: 1970-04-09
Also published as: NL6614929A; GB1168264A; BE688680A; AT298926B; CH500040A; US3397444A

Description

L>e treffend
Verbundwerkstoffe und Verfahren au deren verstellung.

In den USA-Pa tent schrift en 3 137 y'57 und 3 233 312 werden Verfahren aur Sprengplattierung von Letallwerkstoffen und die dabei erualtenen ürseugnisse beschrieben, Jäines der kritischen Kerkmale dieser Verfahren ist, daiS die Detonationsgeschwindigkeit des Sprengstoffes weniger als 12C.S, vorzugsweise weniger als 1CC/0, der 3challge3ohwindi^:eit des Iletallpartners in dem System sein soll, der die höchste Schallgeschwindigkeit hat. Bei den dort angewandten Sprengstoffen betrug ,jedoch die niedrigste Detonationsgeschwindigkeit 3900 m/sec. Die unter den beschriebenen Bedingungen (unter Verwendung bestinur.ter Sprengstoffe) erhaltenen Produkte waren metallurgisch (im iegensatz su mechanisch) gebunden. Diese 3indung verlief im wesentlichen kontinuierlich oder ununterbrochen über die ganze Zwischenfläche, wie dies fur plattierte Erzeugnisse erforderlich ist. Überraschenderweise kam es in der Bindesone au keiner Letalidiffusion. Die 3indezonen enthielten Bereiche einer Legierung, die im wesentlichen in ihr-ar Zusammensetzung homogen war; dies steht im Gegensatz zu den bisher bekannten üindezonen mit zunehmenden bzw. abnehmenden Anteilen der Metalle aufgrund der

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Diffusion. Diese homogene Legierung la.; in dor !''/inο;.ent!"ehe entweder als kontinuierliche Scuicht im allgemeinen raehr oder weniger geraden Konfiguration oder in ü'oriL von Inseln vor, die durch direkte Letall-Metall-Bindung in einer im allgemeinen welligen Zväüchenfläche getrennt sind.

Eine ./eiterentwicklung dieses grundlegenden Yerfahrei.o ist in der USA-Patent schrift 3 'd64 731 beschrieben, ./o die zu plattierenden Ketallpartner anfangs in einen bestimmten '.Vinkel zueinander angeordnet werden. Bei dieser ./ini:elanordnung v/ird das kritische LerJimal (weniger als 120,-j, vorzu^Sz/eiHe weniger als 1OC/J, der Scüallgescnwindigkeit in dem I'etall des Systems, das die höchste Schallgeschwindigkeit hat) als "iCollirjionBfcecchviindigkeit¹¹ bezeichnet. Bei einem parallelen Plattierun^ssy3tem sind Kollisionsge3chwindigt:eit und Detonationsgeschwindigkeit gleich. Yerhältnismäi3ig hohe Kollisionsgescav/indigkeiten ergaben sich bei den bevorzugten kleinen Anfangswinkeln.

Unter "Kollisionsgeschwindigkeit" ist die 'Jeschv/indigkeit zu verstehen, mit der die Kollisionslinie oder -zone über die zu bindenden Partner fortschreitet. Die einzelnen Metallschichten können etwas unterschiedliche ICollisionsgeschwindigkeiten haben, in den meisten erfindungsgemäßen Fällen ist die Kollisionsgeschwindigkeit jedoch im wesentlichen gleich. In jedem Fall sollen jedoch die Kollisionsgeschwindigkeiten aller beteiligten Hetalle innerhalb der angegebenen Frenzen liegen.

Unter "Auf3chlagwinkelⁿ wird der Winkel zwischen den benachbarten Teilen der Schichten am Kollisionspunkt (oder der Kollisionslinie) verstanden, im Gegensatz zu dem Xiifangsinkel, unter dem die zu plattierenden Partner bei dem Ünkel-Plattierungsverfahren angeordnet sind. Bei der parallelen Plattierung gibt es daher auch einen Aufschlagwinkel. Er hängt ab von dem Abatand der Platten, dem Sprengstoff, dem

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Metall werkstoff und gegebenenfalls dem Anfangswinke1.

eimui wurde nun gefunden, da;i Θ3 möglich ist, mit den breiten Arbeitsbedingungen dieser Verfahren jedoch bei niedrigeren ilollisionsgeschwindigkeiten zu plattieren; man erhält Erzeugnisse mit überraschenden neuen Eigenschaften und Vorteilen. 3s wurde wenigstens für einige Anwondungszwecke als wünschenswert erachtet, dai in der Mndezone weniger Legierung gebildet wird, insbesondere wenn unterschiedliche Letalle plattiert werden sollen. Üa wird angenommen, daß die Legierung gebildet wird, wenn beim Hat tieren etwas i.etall an der JwiHchonriäche schmilr.t und als Legierung erstarrt. Um nun eine Legierun^sbildung zu vermeiden, hielt man es für notwendig oder wünschenswert, die Bildung einer Schmelze in der Bindezone zu verhindern. Dies dürfte auch dann gelten, wenn Partner aus dem gleichen Werkstoff plattiert werden sollen. Es dürfte in der Tat verwunderlich erscheinen, daß man die Vermeidung der Bildung einer Schmelze anstrebt, da man doch annehmen könnte, daß Verbindungen ohne Bildung einer Sohmelze schwächer sind als wenn es im Verlauf der Verbindung zu einem Schmelzen kommt. Einige iletallkombinationen bilden jedoch spröde intermetallische Verbindvuigen, diese wurden tatsächlich zu einer Schwächung führen. In jedem Fall ist. es erfindungsgemäß erwünscht, daß in der Bindezone keine größere Ilenge an Schmelze gebildet wird. Wenn jedoch, ioohmelze vorliegt, so soll deren äquivalente Stärke weniger als 1 u oder höchstens 1Ou betragen. Die äquivalente Schmelzstärke ergibt sich aus dem gesamten Schmelzvolumen (Legierung) in der Bindezone gebrochen durch den Bereich der Zwischenfläche, d.h. die Stärke einer imaginären Schicht gleiclimäßiger Dicke aus der gesamten , gleichmäßig über die ganze Zwischenfläohe oder Bindezone verteilten Schmelze. In der Praxis kann sie dadurch ermittelt werden, daß man an einer Schliffprobe des plattierten Werkstücks in Schnittrichtung des Fortschreitens der Detonation die Zonen der Schmelze bestimmt und durch die Länge der Bindezone

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dividiert. Für eine größere Genauigkeit kann man mehrere Schnitte nehmen und einen Mittelwert "bilden. Selbstverständlich sind die Zonen der Schmelze, die in diesen Sohliffen als Zonen vorliegen, in Wirklichkeit längliche Streifen, die ungefähr der Form der Detonationafront entsprechend sind. Jede Schmelze, die gebildet wird, hat anfangs im wesentlichen duroh und duroh homogene Zusammensetzung, die zwischen den Analysen der beiden zu plattierenden Partnern liegt. Wenn diese einmal gebildet ist, so zeigt sich vorzugsweise im wesentlichen keine Diffusion, d.h. es gibt keine graduelle Änderung der Zusammensetzung, die man beispielsweise mit einer Elektronensonde oder an mehreren aufeinanderfolgenden Sphnitten durch Untersuchung der Schliffe bei einer Auflösung bis 0,2 u. feststellen kann. Nachbehandlungen der plattierten Verbundstoffe könnten jedoch eine Diffusion bewirken.

Verbundwerkstoffe mit einer im wesentlichen gleichmäßig welligen Zwisohenfläche werden im allgemeinen wegen der höheren festigkeit bevorzugt. Die Wellen haben gewöhnlich eine Amplitude von wenigstens 5 Ά und eine obere Grenze von vorzugsweise nicht mehr als 50^ der Stärke der dünneren Schicht. Die Bildung von im wesentlichen gleichmäßigen Wellen ist bei der bevorzugten parallelen Plattierung erleichtert, im allgemeinen sind dann die mechanischen Eigenschaften gleichmäßiger.

Die Vorteile von Verbundwerkstoffen im wesentlichen ohne Schmelze in der Bindezone gehen aus den Beispielen deutlicher hervor. Die Duktilität der erfindungsgenäßen Produkte ist bemerkenswert, sie haben vorzugsweise eine Dehnung von mindestens 85$ des am wenigsten duktilen Partners; sie besitzen gute Widerstandsfähigkeit gegenüber mechanischen Spannungen, insbesondere eine hohe Scherfestigkeit, vorzugsweise wenigstens in der Größenordnung des Grundwerkstoffs in Richtung parallel zu der Zwisohenfläche und senkrecht zu den Wellen, sowie vorteilhafte Bearbeitbarkeit, z.B. Formbarkeit. Es wird angenommen, daß der Aufsohlags-

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winkel einen bedeutenden Einfluß auf einige dieser Eigenschaften hat, dieser jedoch bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wesentlich herabgesetzt ist. Dies erleichtert vorteilhaft die Überwachung der Produktion, d.h. es erlaubt eine größere Variationsbreite der Verfahrensbedingungen bei einheitlicherer und gleichbleibender Qualität des Produktes.

Ss wird angenommen, daß es für die meisten Metallwerkstoffe eine kritisohe Kollisionsgesohwindigkeit gibt, die im allgemeinen 2300 bis 2500 m/sec beträgt. Unterhalb dieser kritischen Geschwindigkeit ist es im allgemeinen möglich, die Bildung einer Legierung, d.h. einer Schmelze in nennenswertem Ausmaß, zu vermeiden und zwar wenigstens soweit sie bei 250-facher Vergrößerung erkennbar ist. Oberhalb diesem Wert nimmt bei gegebenem Aufsahlagwinkel die Menge an gebildeter Schmelze mit der Kollisionsgesohwindigkeit zu. üs wäre daher zu erwarten, daß man bei sehr niedrigen Kollisionsgeschwindigkeiten zuverlässig eine gute Bindung erhält und zugleich die Bildung von Sohmelze eingeschränkt ist. Da die Detonationsgeschwindigkeit handelsüblicher Sprengstoffe niedrig ist, wird es in der Praxis zunehmend schwieriger, reproduzierbare Detonationen mit gegebener Geschwindigkeit zu erhalten. Darüberhinaus wird eine wellige 2wiaehenflache bevorzugt, da die Bedingungen für eine starke Bindung leichter regelbar sind, tfegen der Bindungsfestigkeit und der Sicherheit arbeitet man daher im allgemeinen vorzugsweise bei einer möglichst hohen Detonationsgeschwindigkeit innerhalb des Kollisionsgesohwindigkeitsbereiohes, der für die jeweilige Kombination der Metallpartner zulässig ist, wobei man immer die Menge der gebildeten Sohmelze zu verringern sucht. Dies sind die Gründe, warum man allgemein bei Kollisionsgeschwindigkeiten über 1400 m/sec, vorzugsweise über 1900 m/aec, für die meisten Ketallwerkstoffe arbeitet.

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3in weiterer Vorteil der Kollisionsgeschwindigkeiten unter der kritischen Geschwindigkeit ist, daß die Amplitude einer bevorzugten wellenförmigen Bindeaone "beachtlich kleiner iat als bei gleichem Aufsohlagwinkel jedoch einer ICollisionsgesohwindigkeit über dem kritischen Bereich. Extrem gro^e Amplituden sind bei dünnen Sohiohten nicht erwünscht, da deren Oberflächenform beeinflußt werden kann.

Die Erfindung betrifft daher ein Verfahren zur Sprengplattierung zweier oder mehrerer lletal^partner, bei dem ein solches Sprengmittel und solche Plattierungsbedingungen zur Anwendung kommen, dal: eine wesentliche Bildung von Schmelze in der Zwischenfläche während des Plattierungsverfahrens vermieden wird.

Sprengmittel mit einer Detonationsgeschwindigkeit ca. ^ 250C m/sec, wie 3ie im allgemeinen für die parallele Plattierung gemäß der Erfindung erforderlich sind, sind Hitroguanidin mit geringem Schüttgewicht und selbsttragende, faserige, filzartige Sprengmittel in Plattenform z.B. auf der Basis von Tüx'J und RDX (USA-Patentschrift 3 102 833 oder U. 3. 3ureau of !'ines Information, Circular 8C87, 1962). Zur Plattierung unter einem bestimmten Winkel lassen sich die gleichen Sprengniittel und solche mit höheren Detonationsgeschwindigkeit unter den in Aussicht genommenen Verfahrensbedingungen verwendet.

Die zu plattierenden Ilet allwerkst of fe liönnen gleich oder verschieden und auch Legierungen sein, die meisten Iletallwerkstoffe können für das erfindungs^emäße Verfahren herangezogen werden. Metalle mit höherem spezifischem lewicht ergeben im allgemeinen gute Bindungen ohne wesentliche Schmelze bei niedrigeren Kollisionsgeschwindigkeiten als Metalle mit niedrigerem spezifischem Gewicht, dies hängt jedoch auch von anderen Faktoren ab. lletalle mit einem spezifischen Gewicht von wenigstens 2, vorzugsweise wenigstens 4 und bia hinai' zu 17, insbesondere

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Kupfer, Niokel, Eisen, Silber, Titan, Zirkonium, Tantal und deren Legierungen, die beispielsweise bis zu 50 Sew.-;a, vorzugsv/eise bi3 au ?>C Sew.-v, andere Legierungselemente enthalten, ergeben erfindungs^emliß gute Verbundwerkstoffe. Werden verschieden·; Partner plattiert, so sollte die Differenz ihrer spesifiachen Gewichte vorzugsweise nicht mehr als 9 betragen. Auch Iletallwerkstoffe mit geringer \7[ir::;ekapazität und/oder einem tiefen Semmel ~i>unkt dürften eher Probleme verursachen, v/omi uan keine Schmelze erzielen möchte. Auch nim^it man an, daü Werkstoffe, die unter 3ohneller Belastung hohe Festigkeit besitzen, höhere Detonationsgesohwindigkeiten benötigen, wenn andere Faktoren unberücksichtigt bleiben können. Man sollte ein Letall mit ausreichender Duktilität verwenden, so daß Θ3 den Plattierungsbedingungen ohne Beschädigung zu widerstehen vermag, •also daß es nicht zu Rissen oder zum Bruch kommt. Die Werkstoffe sollten zumindest eine Dehnung von 5,j ergeben. Im allgemeinen ist es besser, die duktilere Schicht als Auflage und die weniger duktile Schicht als G-rund werkst off zu verwenden, wenn man in einem Zweischicht ensy st em die Wahl hat und die Ilöglichkeit besteht, daß die woniger duktile Schicht reißt. 3s eignen sich auch andere luetalle und Legierungen, z.B. mit wenigstens 50 Grew.-ν anderer Elemente, wie Aluminium, Niob, Chrom, Kobalt, Vanadium, Platin und Q-old. Besonders gute Verbundstoffe lassen sich aus Kombinationen erreichen, die sonst spröde intermetallische Phasen an ihren Swischenfläohen bilden, z.B. Stahl mit Titan, Tantal, kupfer und Zirkonium und Aluminium mit Kupfer und Titan.

V/ie bereits oben gesagt, hat der Aufsohlagwinlcel Einfluß auf das Verfahrensprodukt. Bei einem bestimmten System scheint für eine gute Plattierung im unteren Bereich, der zulässigen Kollisionsgesoiiwindigkeiten gemäß der Erfindung ein größerer minimaler Aufschlagwinkel erforderlich zu sein als er bei ilollisionsge3ohwindigkeiten über 2500 m/sec notwendig ist.

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Dieser größere Aufsohlagwinkel läßt sich dadurch erreichen, daß man den Abstand und/oder die Sprengladung erhöht. Der für die Metallkombination jeweils zweckmäßige Wert läßt sioh empirisch ermitteln. Ein Winkel von etwa 10° ist gewöhnlich ausreichend, für z.B. liickel ist im wesentlichen 4 bis 18° und für Titan 7 bis 20° zweckmäßig.

V/eitere Faktoren sind gemäß vorliegender Erfindung wesentlich, z.B. der Abstand; er kann durch speziell verwundene Bänder gewährleistet werden (USA-Patentschrift 3 205 574). Abstände von wenigstens 0,3 und bis hinauf zu der 4-fachen Dioke der Plattierungssohioht werden im allgemeinen, insbesondere bei der bevorzugten parallelen Plattierung bevorzugt. Das Ladungsgewicht (bezogen auf die Fläche) steigt im allgemeinen mit dem Abstand und mit der Lasse der Plattierungsschioht, sie soll vorzugsweise wenigstens das 0,2- bis 3- oder sogar das 8-fache Gewicht der Plattierungssohioht ausmachen. Es wird im allgemeinen so bemessen, daß die Plattierungsschicht zur Zeit der Kollision eine Geschwindigkeit von wenigstens 130 m/seo hat. Wird mit Winkel-Anordnung plattiert, so soll der Winkel <10°, vorzugsweise <5°, betragen, da größere Winkel, abgesehen von verfahrenstechnischen Schwierigkeiten, zur Bildung uneinheitlicher Produkte führen.

Es wird festgestellt, daß sioh die erfindungsgemäßen Verbundwerkstoffe aus verschiedenen Metallen im wesentlichen ohne Schmelze an der Zwisohenflache von bekannten Verbundstoffen unterscheiden. Die Erfindung betrifft zwei- und mehrschichtige Verbundstoffe, deren zugeordnete Partner unterschiedliche Zusammensetzung hahen und über wenigstens 90# der Zwisohenfläohe duroh eine im wesentlichen diffusionslose Bindung metallurgisch verbunden sind. Das Verbundstüok zeigt in der Richtung parallel zu der Zwisohenfläohe eine geordnete plastische Deformation, wobei die erstarrte Schmelze in örtlioh lokalisierten Zonen oder Inseln in der Zwischenfläohe zwischen den Iletallsohiohten vorliegt , sie

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sind voneinander isoliert duroli den Bereich der i-.etall-Letall-Mndung in der Zwisohenflache. Die erstarrte Schmelze hat eine äquivalente Stärke von<1 ai.

Unter "geordneter plastischer Deformation" ist eine regelmäßige plastische Gresamtdeforiaation in einer im wesentlichen zu der Kollisionsfront senkrechten Hauptrichtung zu verstehen, d.h. in ßichtung der Kollision und im allgemeinen parallel zu und nahe an der Zwisohenflache lokalisiert. Diese Deformation folgt der allgemeinen Kontur der Zwischenfläohe; sie ist "beispielsweise bei einer wellenförmigen Zwischenfläche parallel oder liegt innerhalb eines kleinen v/inkels, wie 10 bis 20°. Die Deformation ist unmittelbar an jeder Seite der Zwisohenflache konzentriert, üblicherweise innerhalb weniger als etwa 25>i der Starte der dünnen Schicht; diese wird von der Mittellinie zwischen den aufeinanderfolgenden Bergen und Tälern der welligen Zwischenfläohe gemessen. Die Deformationen sollen sich im allgemeinen nicht über eine Strecice entsprechend der doppelten Amplitude erstrecken.

Die Erfindung umfaßt auch plattiertes Halbzeug, d.h. Erzeugnisse mit einer Hauptdimension von minimal 7,5 om, wie Bänder, Stäbe, Stangen und Rohre mit einer Länge von wenigstens 7,5 om und Platten oder Bleche, deren Länge und Breite zumindest 7,5om beträgt.

Fig. 1 zeigt im Quersohnitt eine Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens

Die Pig. 2, 3, 3A und 3B sind Mikrophotographien von erfindungsgemäßen Verbundwerkstoffen.

In Fig. 1 sind ein Grundwerkstoff 1 und ein Auflagewerkstoff 2 parallel zueinander und im Abstand voneinander angeordnet. Der Abstand 3 wird dabei duroh an den Platteneoken angeordnete ver-

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wundene I-.etallbänder 4 sichergestellt. Diese Anordnung ist mit einer überstehenden ochicht eines körnigen Sprenowittels f> bedeokt, das sich in dem Behälter G, z.B. aus Pappe, befindet. Das 3prengmittel erstreckt sioh über die parallele Plattenanordnung und über den Metallstreifen 2 a gleicher Jusammenaetzung und ötärke wie der Auf lage werkst off 2. Das Metallband und die gröiiere Sprengmittelaohioht sollen vorzugsweise eine erhöhte oicherheit dafür bieten, daü es zu einer guten Bindung an der Plattenkante in der xiähe des Zündpunkts kommt. Das Jprengniittel v/ird duroh eine elektrische Zündkapsel 7 gezündet, deren Drähte 8 mit einer Stromquelle verbunden sind. Nach der Zündung der Sprengmittelschioht 5 wird die Platte 2 gegen die Platte 1 getrieben und kollidiert fort schreit end mit dieser, mit fort aciireit ender Detonation durch die Schicht 5. Die Kollisionsgeachwiniigkeit entsprioht der Detonationsge3chwindigkeit der Sprengmittelschicht

Die Erfindung wird anhand der Beispiele näher erläutert. Alle Teile und Prozente beziehen sich auf das G-ewicht, wenn nicht anders angegeben. Die allgemeine Anordnung für die parallele Plattierung nach den Beispielen 1 bis 3 ist in Fig. 1 gezeigt. Die Minderungen der Detonationsgeschwindigkeiten des oprengmittels bis hinauf zu 3C00 m/eec in den Beispielen 1 und 2 lassen sich dadurch erreichen, daß man in die Greinische variierende Mengen nichtexplosiver Bestandteile einbringt, z.B. durch Erhöhen der !■!enge von Maismehl im Gemisch mit iiit ro guanidin zur Herabsetzung der Detonationegesohwindigkeit, die Detonationsgeschwindigkeit z.3, eines-70:30 Nitroguanidin-i-Iaismehl-Gremisches betrügt 2000 m/sec. Für Detonationsgeschwindigkeiten über 3C00 m/seo lassen sich die oprengmittel nach der U3A-Patentsohrift 3 102 833 verwenden. Die !Collisions-, Platten- und Aufechlagwinkel werden (mit Ausnahme für das Beispiel 3 der Proben 2 bis 10) mit Hilfe einer Framing-Hochgesohwindigkeitekamera mit versetzten Gritterreflexionen ermittelt. Die Detonationegeeohwindigkeiten im Beispiel 3, Proben 2 bis 10, wurden nach dem Stiftver-

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fahren (pin uethod) ge;.ie33en. Die iletalloberfläohen wurden mit öinor Schleifscheibe "bearbeitet und mit Alkohol entfettet

Eine Reihe von Grundplatten - 1R χ 23 χ 1,25 om - aus weichem Stahl der Jorte 1000 (etwa Ο,ΟΟ,ί iZohlenstoff) sollten mit Niokelplatten (Sorte A₁ d.h. >y9.> Ji) - 18 χ 23 x 0,3 om parallel angeordnet plattiert werden. Die Lollisionsgeschwindigkeiten, Abstände, Plattengeschwindigireiten und Aufschlagwinkel ijöiien aus der Tabelle I hervor. An der Jickelplatte war eine Lasche 18 χ 2,5 οω Γλγ die Zündung befestigt. Sprengladungsgewiclit entöprechenl C ,2- bi3 3-faohes iewicht der Ilickelplatte.

Die Verbundwerkstoffe zeigten in der Jv/isehenflache eine metallurgiuciie Bindimg > 90,ö.

Tabelle I

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iabelle I

Probe

rir.

O O CO OO

CD O CO

Xolliaions-

geschwindi;

Ice it

:a/sec

Abstand

Plattenge a c hwindi^lceit

πι/sec

winkel
ο

Eigenscuarten der ßindungszone

Art

./ellenlange

Z¹

Amplitude

äqu. 3türl:e der ooiimelzschicht

1650 2000

2500 3000

2COC 2500 3600

1650 2000 2500 3600

2000 2500 3600

1650 2CuO 3600

Ve rgl ei ch.3 ve rsuch

1,1	215
1,1	250
1,1	270
1,1	410
2,2	310
2,2	337
2,2	510
4	325
4	372
4	407
4	625
6,25	420
6,25	462
6,25	700
10,5	425
10,5	460
10,5	775

7,4	gerade u.welli,:;	112	10
T'?	wellig	103	11
6,6	η	236	39
<", 3	η	254	36
	η	318	41
fi, 2	η	425	76
β, 25	t»	590	96
11,2	η	5-0	52
10,5	I!	567	3S
9,7	It	671	121
9,95	.1	739	146
11,8	η	790	132
10,8	tt	895	171
11,2	Il	963	162
14,8	tt	1018	169
13,0	Il	623	97
12,5	It	1333	284

< 1

<1

1,6

:·,1 < ι

3,9 9,8

6,0 28,8

<1

9,0 24,0

59,

ro ι

■Ρ». CD CTi

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Die Zunahme der Amplitude und der Jchichtatärke der Schmelze •mit der ilollisionsgeachvindigkeit geht deutlich aus dieser Tabelle hervor. Die Anwendung einer ICollisionsgeschwindigkeit von 3600 m/sec für üickel-Stahl-Konibinationen liegt außerhalb des Rahmens der vorliegenden Erfindung. Bs Iäi3t sich jedoch hieraus ersehen, daß, obgleich gute 3indung erreicht wird, die äquivalente Stärke der Schmelzschicht verhältnismäßig groß ist, insbesondere bei größeren Abständen gegenüber vernaohlässigbaren Stärken bei den erfindungsgemäß bevorzugten ICollisionsgeschwindigkeiten <2300 m/sec. Auch die Kollisionsgesohwindigkeit von 2500 m/sec ergibt gute Bindung, führt jedoch zu größeren äquivalenten Schichtstärken der Schmelze als bei<2300 m/sec, insbesondere im Falle größerer Abstände.

Die ji'ig. 2 zeigt eine Likrophotographie (76-fache Vergrößerung) des Nickel-Stahl-Verbündst off es der Probe 5b. I-Ian sieht, daß die allgemeine Richtung des plastischen Fließens des Metalles (durch die Pfeile angegeben) im Hauptbereioh der Bindezone der Verbundwerkstoffe im wesentlichen wegläuft von der Zündlinie.

Ganz ähnlich wurde mit einer Detonationsgeschwindigkeit von 1650 m/seo, einem Abstand von 18 mm und einem Aufsohlagwinkel von 16,5° gearbeitet. Man erhielt eine Verbundplatte mit gerader Zwischenfläche, die > 90-/3 gebunden ist und keine erstarrte Schmelze zeigt. Es liegen Anzeigen einer plastischen Deformation an der Zwisohenfläche in Richtung der Detonation vor. Auch beim Kaltwalzen auf 97/* der Stärke ergaben aioh keine Anzeigen für ein Aufgehen der Bindung.

Die Verwendung von Silber als Auflagewerkstoff anstelle von Nickel mit einer Detonationsgeschwindigkeit von 2000 m/sec in. einem Abstand von 4 mm führte zu im wesentlichen ähnlichen 3rgebnissen.

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-H-

BeJ8piel 2

Nach Beispiel 1 wurde auf die Stahlplatte eine Titanplatte (Sorte 35-A, d.h. = 99/» l'i) angebracht. Die Plattierungsbedingun- gen. und Ergebnisse sind in Tabelle II zusammengefaßt. Bindung > 90/3 mit Ausnahme der Probe 5b mit nur 80/ί.

Drei Zugversuche (ASTK Verfahren E8) wurden mit Prüfstäben - 5 cm Länge - in liichtung des Fort schreit ens der Detonation durchgeführt. Die mittlere Dehnung ist in Tabelle II angegeben, sie gilt als Maß für die Duktilität des Verbundwerkstoffs. Die Duktilität des bei 20C0 m/sec in dem bevorzugten Bereich hergestellten Verbundwerkstoffs ist über einen größeren Bereich von Abständen leidlich konstant und liegt im allgemeinen über der Duktilität von bei höheren Geschwindigkeiten hergestellten Stoffen, insbesondere bei steigendem Abstand. Die Einhaltung der bevorzugten Kollisionsgesoawindigkeiten ergibt gegenüber höheren Detonationsgesohwindigkeiten somit über einem breiteren Bereich von Verfahrensbedingungen, z.B. Abstand, gute Eigenschaften.

Tabelle II

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Tabelle II

i-robe

Mr.

ixolliaionsgeschwindigkeit

, i

2000

I, 25CC .;Γ 3600

Abstand

mm

Plattenge a ohwindigkeit

m/aec

Auf-3chlagwinkel
ο

Eigenscharten der Bindungazone

rt

,-/ellenlange

ZugversuQü

Amplitude

ä.qu. 3t-"rke d.
ocJaselz 3 chi eilt

2000 2500

"5600

2000 2500 3600

gebunden

1,1

2,2 2,2

2,2

4 4 4

6,25 6,25 6,25

10,5 10,5 10,5

Vergleichsversuch

>30

400 >80

420 465 710

520 ü45 530

565

560

60C

1040

'J,J	wellig	1C3	£3
9,7	η	254	19
9t3	geschmolzene	250	23
	Schicht u.
	Wellen
12,2	wellig	215	17
11,0	W	482	47
11,3	I»	468	59
14,2	It.	373	31
12,1	Il	768	Sy
13,4	Il	d68	122
13,2	It	b10	53
13,0	It	iocy	13C
15,0	It	1228	189
15,5	η	1013	96
14,0	It	1300	167
16,5	it	1360	230

1,2

14,0

3,0

11,6

<1

3,1

9,2

<1

8,2

18,5

3,
21,8

Dehnung

32 32

34 29 28

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Die mittlere Scherfestigkeit der Probe 3A beträgt 3500 + 150 kg/om , und zwar sowohl parallel als auch quer zur Detonationarichtung. Da jedoch eine Scherbela3tung eher in der Stahlunterlage als in der Bindezone auftritt, muß die Scherfestigkeit der Bindezone noch höher sein. Im Gegensatz dazu beträgt jedoch die mittlere Scherfestigkeit des Titan-Stahl-Verbundwerkstoffes bei einer ICollisionsgeschwindigkeit von 28G0 ra/sec nur etwa 2800 kg/cm².

Die Probe 3A wurde um 66,$ ihrer Stärke in Richtung aenkreoht zur Detonationsrichtung kalt abgewalzt, wobei die Bindung nicht aufging, hingegen ging die Bindung eines Titan-Stahl-Verbundstoff es, der bei einer Kollisionsgeschwindigkeit von etwa 3200 m/sec, einer Aufsohlaggeschwindigkeit von 790 m/sec und einem Aufschlagwinkel von 13,8° hergestellt wurde, beim Abwälzen um 35$ vollständig auf. Dieses Produkt war zu 100,-4 gebunden, die Bindezone wellig mit Schmelznestern, ',/ellenlange 1017 nun, Amplitude 139yii| äquivalente Stärke der Schnielzschicht 16 u.

Die Mikrophotographien der Fig. 3, 3A und 33 zeigen den Einfluß der Kollisionsgesehwindigkeit auf die Menge der in den Titanverbundstoffen 3A, B und G bei konstantem Abstand von 4 mm jedoch drei verschiedenen Kollisionsgeschwindigkeiten gebildeten Schmelze. Bei 2000 m/sec gab es praktisch keine Schmelze in der Bindezone, bei 2500 m/sec erschienen in der Bindezone größere Inseln aus Schmelze mit wachsender Größe und bei 3600 m/sec zeigten sich größere Flächen von Schmelze.

Beispiel 3

Es wurde eine Reihe von Plattierungen vorgenommen, die Arbeitsbedingungen und die Art der Bindezone sind in Tabelle III zusammengestellt. Die Bindung in der Zwischenfläche war immer ^90 j. Ss fand in der rJviachenQäche nach beiden Seiten eine

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plastische Deformation otatt, in erster Linie in einem Bereich bis ca. 25/<j der Stärke der Auflage.

iiach Versuch 1 wird lüokel-Kupfer-Nic^el-Laminat mit ülinlichen Ergebnissen hergestellt.

Der Tantal-Stahl-Verbundwerkstoff des Versuchs 2 kann kalt 98,3 ohne Fehler abgewalzt werden.

Tabelle III

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Tabelle III

O <O CX>

O CO O CO

Probe Rr.

6" 7

1C

Art und Stärke der Auflage mm

Art und Stärke des Grundwerkstoffs

mm.

Abstand

Kollisionsgesciiwindigkeit m/sec

Bindeζone

Art

äqu. Schicht stärke der Schmelze yu

Nickel (A)

Kupfer 12,5

1,5

Tantal, 1,25 Stahl (1008)

12,5 rostfreier Aluminium (5083-0) 1,1 Stahl (304 L)

1,5 rostfreier Aluminium (5083-0) 1,1 Stahl (304 L)

Titan (35 A) rostfreier Stahl 4,8 5 (304)

• " 4,8

Zirkonium (11) mittlerer Kohlen-3 stoff stahl A2123F.W

2,5 " rostfreier Stahl 4,5

(304 L)

Zirkonium (11) Stahl A212Bi' Q 4,5 5 2,5 ^ύ

Zirkonium (11) Stahl A2123?_nQ 9,5 2,5

⁺ Vergleichsversuoh

1650

1900 2200

2100 2300

2 y 00

wellig

(Wellenlänge 762u
Amplitude 102 ή)

gerade

wellig

2800	It
22C0	n
22CC	ti
220C	Ii

-5

OO

CD I

ι cn

1A-32 486

- 19 -

Beispiel 4

Einu Titanplatte (3orte 35/a) , 3 mm, wurde auf eine Stahl- ' platte (Jorte 1008), 1,25 luii, plattiert, jedoch mit dem Winkelverfahren. Der Abstand "betrug an der Zündkante 6,4 mm und an der entgegengesetzten Kante 22,4 nun, das entspricht einem Winkel von 4°. Die Sprengiaitt el schicht wurde mit einem Linienwellen-Senerator gesundet (USA-Patentschrift 2 943 571), üetonationsgeschwindig-':eit etwa 1800 m/sec, Aufüchla^eschwindi^keit 540 m/sec, Abbiegejinlcel ψ der vorgetriebenen Platte icur;; vor deci Aufschlag 15,5°, Kollisionsgesohwindigkeit V_n etwa 1460 m/sec.

Es »eigte sich, da^f.^: der Verbundwerkstoff > 90/ά in der ZwischenflUche metallurgisch gebunden ist, diese ist wellig, Wellenlänge 1250 u, Ai".plit\ide 9;'λΐ, äquivalente Sohiohtstärke der Soluiielze < 1 /x

Patentansprüche

009815/0909

Claims

Patentansprüche

1. Verbundwerkstoffe aus zwei oder mehreren verschiedener Metallpartner, gekennzeichnet durch eine im wesentlichen diffusionslose metallurgische Bindung über zumindest SQ-fo der Zwischenfläche, wobei die Bindezone eine geordnete plastische Deformation in im wesentlichen parallel zu der und den beiden Seiten der Zwischenfläche aufweist und in der Zwischenfläche lokalisierte Zonen erstarrter Schmelze, die voneinander getrennt sind durch Bereiche der metallurgischen Ketall-Metall-Bindung, vorliegen und die Menge der erstarrten Schmelze einer äquivalenten Schichtstärke von <1 μ entspricht.

2. Verfahren zur Herstellung der Verbundwerkstoffe nach Anspruch 1 durch Explosionsplattieren mit Hilfe eines Sprengmittels, welches eine Kollisionsgeschwindigkeit von zumindest 1200 m/sec bis weniger als die Schallgeschwindigkeit des Metalles in dem System hat, das die höchste Schallgeschwindigkeit besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß man zur Verhinderung einer wesentlichen Bildung von Schmelze an der Zwischenfläche mit einer Kollisionsgesciiwindigkeit unter der kritischen Geschwindigkeit von im allgemeinen 2300 bis 2500 m/sec, vorzugsweise 1900 bis 2300 m/sec arbeitet.

81XXIII

009815/0909

INSPECTED

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