DE1752814A1

DE1752814A1 - Verfahren zur Herstellung von Verbundwerkstoffen

Info

Publication number: DE1752814A1
Application number: DE19681752814
Authority: DE
Inventors: Giovanni Perona
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1967-10-18
Filing date: 1968-07-19
Publication date: 1971-04-08
Also published as: FR1597475A; US3689328A; GB1216387A

Description

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Essen, den 9. Juli 1968

PATENTANWÄLTE ^_Q 958/jg-schU)

Dr. Andrejev/ski
Dr.-Ing- Honk'3
43 Essen, Kettwiger Str. 36

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E,

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Telefoa 22»W/03

Patentanmeldung des Herrn
Giovanni Perona,
Piazza Piola, 12
Milano -Italien-Verfahren zur Herstellung von Verbundwerkstoffen

Verbundwerkstoffe sind in den verschiedensten Ausführungsformen bekannt, insbesondere sind solche bekannt, die aus zueinander ausgerichteten Drähten oder Platten durch Verschweißung verbunden sind. Diese Verbundwerkstoffe weisen in ihrem Kristallaufbau Versetznngen auf, die sich unter dem Einfluß äußerer Kräfte bewegen und zu einer bleibenden Verformung des Verbundwerkstoffes führen. Oft aber ist diese verbleibende Verformung unerwünscht. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen neuen Verbundwerkstoff großer Härte und geringer plastischer Verformbarkeit zu schaffen. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Verbundwerkstoff durch Verschweißen von zu einander ausgerichteten Platten oder Drähten, der Versetzungen auf v/eist. Das Verfahren besteht darin, daß die Platten oder Drähte mit einem Fremdmaterial überzogen, einer spanlosen Utreckverformung unterworfen und durch Diffusionssohweißung verbunden werden, wobei das Fremdmaterial die Versetzungen blockiert. Eine vorteilhafte Ausbildung des erfin-

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dungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß das Fremdmaterial ein Metall oder eine Metallverbindung ist. Weiterhin ist vorteilhaft, wenn die Dicke der Platten und Drähte bis in die Größenordnung von Mikron durch die spanlose Streckverformung reduziert wird. Darüber hinaus ist bei dem Verbundwerkstoff, der aus Drähten besteht, vorteilhaft wenn die Drähte in mehreren Lagen angeordnet werden, wobei die Drähte einzelner Lagen gleichgerichtet sind und benachbarter Lagen sich kreuzen.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird ein Verbundwerkstoff großer Härte und geringer bleibender Verformung erhalten, dessen mechanische Festigkeitswerte weit über den Werten des Grundwerkstoffes der Platten oder Drähte liegen.

Anhand von Herstellungsbeispielen wird die Erfindung erläutert.

Gemäß einem der Herstellungsverfahren ist der Ausgangsstoff ein dünner Draht, der aus reinem Metall aus einer Legierung oder auch aus Kunststoff bestehen kann. Auf die Oberfläche dieses Drahtes wird ein dünner Belag eines zweiten Stoffes aufgebracht oder mittels Oxydation gebildet. Dieser zweite Stoff soll im fertigen Verbundwerkstoff dazu geeignet sein, die Bewegung der Versetzungen des ersten Stoffes zu verhindern und somit eine Sperre gegen die Verbreitung der Versetzungen bilden. Aus einer Anzahl der so beschichteten Drähte wird ein Bündel gebildet. Das ganze Bündel kann erforderlichenfalls mit einer Deckschicht gegen Oxydation geschützt werden. Das mit oder ohne Deckschicht versetme

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Bündel wird danach bei einer für die plastischeVerformung geeigneten Temperatur gezogen oder gewalzt, wodurch ein Sintern oder eine Diffusionsschweißung des Grundwerkstoffes der Drähte begünstigt wird. Die plastische Verformung wird solange fortgesetzt, bis der Querschnitt der einzelnen ursprünglichen Drähte so klein geworden ist, daß in ihnen die Bewegung der Versetzungen in axialer Richtung unmöglich ist. Während der letzten Verarbeitungsstufen soll die Temperatur bis nahe an den Schmelzpunkt erhöht werden, nachdem der Stoff schon ziemlich gehärtet ist. Durch die Verformung werden die Querschnitte der einzelnen zusammengepreßten Drähte, welche anfänglich rund waren, entsprechend ihrer Anordnung in dem Bündel vieleckig.

Durch die großeVerformung werden die Deckschichten, welche die ursprünglichen Drähte umhüllten, an mehreren Stellen zerrissen und durch die so gebildeten Poren hindurch kann der Grundwerkstoff der Drähte zusammenschweißen und so ein in sich zusammenhängendes Gerüst bilden. Die außenliegenden Flächen der ursprünglichen Drähte bilden am fertigen Verbundwerkstoff auch eine ununterbrochene, fortlaufende Einheit, so daß nach außen hin das Werkstück homogen erscheint.

Auf diese Weise können aus dem erfindungsgemäßen Verbundwerkstoff bestehende Stäbe und Drähte hoher Festigkeit und geringer plastischer Verformbarkeit hergestellt werden. Will man beispielsweise zylindrische Körper, z.B. Röhren, unmittelbar herstellen, so wird man die oben beschriebenen mit einem

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Belag versehenen Drähte um einen Kern legen oder wickeln, und zusammen mit demselben der spanlosen Streckverformung, d.h. dem Ziehen oder Walzen unterwerfen. Nach dieser Verformung wird der Kern auf an sich bekannte Weise entfernt. Die höchste Festigkeit erhalten die Rohre in Richtung der verlegten Drähte. Sollen die Rohre gleichzeitig in axialer Richtung eine hohe Festigkeit aufweisen und auch einen Innendruck aufnehmen können, so wird man die Drähte benachbarter Lagen sich kreuzend verlegen müssen.

In ähnlicher Weise lassen sich auch Bänder und Bleche herstellen, indem man mehrere Lagen der ausgerichteten Drähte übereinanderlegt und walzt, bis die Einzeldrähte die oben beschriebene geringe Dicke erhalten haben. Auch hier gilt, daß man die Hauptfestigkeit in Richtung der Drähte bzw. in Walzrichtung erhält. Wird zu dem in der Richtung quer dazu eine hohe Festigkeit verlangt, so istflrforderlicL, anfänglich die Drähte benachbarter Lagen sich kreuzend zu verlegen.

Aus dem Verbundwerkstoff lassen sich aber auch komplizierter geformte Werkstücke herstellen, wenn zur spanlosen Streckverformung keine Walzwerke oder Ziehvorrichtungen verwendet werden, sondern statt dessen Rundhämmermaschinen.

Vorteilhaft ist es in jedem Falle, wenn bei der Streckverformung eine genügend hohe Temperatur herrscht, damit die Einzeldrähte unter dem herrschenden Druck der Streckverformung gut zusammenschweißen können.

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Die Elastizitätsgrenze der nach dem oben erwähnten Verfahren hergestellten Profile oder Werkstücke ist weit höher als wenn diese Profile oder Werkstücke nur aus dem Grundmetall der einzelnen Drähte bestehen würde. Diese Festigkeit kann noch weiter erhöht werden, wenn die erhaltenen Profile oder Werkstücke den üblichen Härtungsverfahren unterworfen werden.

Die Oberfläche der so hergestellten Profile oder Werkstücke besitzt naturgemäß keine Sperrschicht, die die Beweglichkeit der Versetzungen begrenzt. Daher können an der Oberfläche unerwünschte plastische Verformung vorkommen. Um diesen Nachteil zu vermeiden, können in das Bündel Drähte mit verschiedenartigen mechanischen Eigenschaften eingesetzt werden und zwar wird man als Außendrähte solche mit hoher elastischer Verformbarkeit und niedrigem Elastizitätsmodul wählen urri als Innendrähte solche mit niedriger elastischer Verformbarkeit und höherem Elastizitätsmodul. Dadurch werden die Außendrähte weniger belastet, ihre Verformung findet stets im elastischen Bereich statt, aber sie verhindern das Eintreten und die Bewegung der Versetzungen im Innern des Verbundwerkstoffes.

Gemäß einem anderen Arbeitsverfahren werden die fraglichen Verbundwerkstoffe aus dünnen Plättchen oder Platten (im folgenden immer Platten genannt) anstatt aus Drähten hergestellt. Die Platten werden wie die Drähte ebenfalls mit einer Deckschicht versehen und alsdann packweise zusammengelegt

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und heiß verwalzt bis ein Verbund entsteht, dessen Bestandteile derart dünn geworden sind, daß sich die Querversetzungen nicht mehr bewegen können. Aus einer einzigen Platte oben beschriebener Art kann ein Draht aus erfindungsgemäßen Verbundwerkstoff hergestellt werden, wenn man die beschichtete Platte zusammenrollt und diese Rolle dann walzt oder zieht.

Der Verbundwerkstoff kann auch aus mehreren nacheinander auf einen Träger aufgebrachten Beschichtungen hergestellt werden. Diese Schichten werden mittels Diffusionsschweißung zusammengeschweißt, wobei erforderlichenfalls ein statischer Druck ausgeübt wird. Der Träger kann dann später mittels Wärme oder chemischer Behandlung entfernt werden.

Die folgenden Beispiele geben noch einmal eine nähere Erläuterung der Erfindung.

Beispiel 1

Zur Verwendung gelangen Aluminiumdrähte von 0,04 mm Stärke, welche in einem Durchgang in einem Ofen oxydiert werden, in dem die Temperatur und die Gaszufuhr derart gesteuert werden, daß sich eine Oberflächenoxydschicht von 2 /um Dicke bildet. Über diese Oxydschicht wird noch eine homogene 5 /um Aluminiumschicht nach dem Plasma-Verfahren aufgespritzt. Der so behandelte Draht wird zu einem Bündel von 2 cm Dicke zusammengefaßt, daß mit einer rohrförmigen, 1 mm dicken Hülle überzogen wird, wobei die Hülle zuvor auf ihrer Innenseite eben falls oxydiert wurde. Das so zusammengesetzte Bündel mit

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Umhüllung wird in einem Drahtwalzwerk bei einer Temperatur von etwa 600 C mehrmals gewalzt, bis es auf einen Durchmesser von 2 mm herabgedrosselt ist. Eine weitere Verringerung der Drahtstücke auf 0,5 nun wird auf einer Ziehbank vorgenommen. Die Umhüllung wird schließlich chemisch beseitigt.

Beispiel 2

Es wird genau wie im vorangegangenen Beispiel verfahren, nur wird für die Drähte eine andere Legierung mit einem höheren ElastiBitätsmodul gewählt, als für die Umhüllung, so daß sich die Drähte unter Belastung mehr spannen. Die Umhüllung erhält auf ihrer Innenseite eine schwächere Oxydierung, so daß während der Bearbeitung eine Diffusionsschweißung zwischen dem Drähtebündel und der Umhüllung eintritt. Diese Umhüllung wird am Schluß nicht entfernt, da ihre Verformung immer im elastischen Bereich bleibt. Durch diese Umhüllung ist der aus dem erfindungsgemäßen Verbundwerkstoff bestehende Draht gegen das Eintreten von Versetzungen bewahrt. Es ist auch zweckmäßig den so erhaltenen Draht einer Wärmebehandlung zu unterziehen, um die in der Umhüllung verbleibenden Spannungen zu beseitigen.

Patentansprüche;

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Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Verbundwerkstoff durch Verschweißen von zueinander ausgerichteten Platten oder Drähten, der Versetzungen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten oder Drähte mit einem Fremdmaterial überzogen, einer spanlosen Streckverformung unterworfen und durch Diffusionsschweißung verbunden werden, wobei das Fremdmaterial die Versetzungen blockiert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fremdmaterial ein Metall oder eine Metallverbindung ist.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Platten und Drähte bis in die Größenordnung von Mikron durch die spanlose Streckverformung reduziert wird.

k, Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Drähte in mehreren Lagen angeordnet werden, wobei die Drähte einzelner Lagen gleichgerichtet sind und benachbarter Lagen sich kreuzen.

PAe Dr.Andrejewski, Dr.Honke

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