DE1929986A1

DE1929986A1 - Umwandlung von Metallabfaellen zu Nutzgegenstaenden

Info

Publication number: DE1929986A1
Application number: DE19691929986
Authority: DE
Inventors: Price Clarence A; Byrer Thomas G; Sabroff Alvin M
Original assignee: Hoover Ball and Bearing Co
Current assignee: Hoover Universal Inc
Priority date: 1968-07-02
Filing date: 1969-06-12
Publication date: 1970-01-15
Also published as: CS157671B2; GB1237049A; FR2012162A1; JPS5426510B1; US3626578A; ES369007A1

Description

OR-INQ. ' OIPL.-ING. M. SC*.

HÖGER - STELLRECHT- GRIESSBACH - HAECKER

PATENTANWÄLTE IN STUTTGART

A 37 M π
in r· 132»

9. 6. 1969

Hoover Ball and Bearing Company 135 East Bennett Streeü; Saline/Michigan .48176 / USA

Umwandlung von Metallabfällen zu Nutzgegenständen

Die Erfindung betrifft allgemein eine neuartige Vervrendung von Metallabfällen und/oder Schrott und hat es insbesondere rp.it einem Verfahren zur Verfestigung s-olcher Metalle zu nützliehen Gegenständen zu tun.

Metallabfälle, beispielsweise aus Stahl, Kupfer, o. dgl. sind seit langem' ein unvermeidliches Nebenprodukt der meisten metallverarbeitenden Prozesse, insbesondere derjenigen Prozesse, welche mit der Herstellung von Metallerzeugnissen in Blech-'" und Streifenform zu tun haben. So stellt beispielsweise beim Stanzen der Lamellen für 'die Kerne von Elektromotoren u. dgl.

909883/1225

A 37 M m
m - 134
9. ζ. 1969

aus Stahlbändern derjenige' zwischen den Ausstanzungen oder Perforationen des Streifens nach dem Stanzen verbleibende Streifenteil den größten Anteil am ursprünglichen Metallstreifen dar. Die" Nutzanwendung dieses Abfallmetalls beschränkte sich bisher auf eine Wiedereinschmelzung.

Andere Beispiele einer (meist unumgänglichen) umfangreichen Abfallerzeugung sind: metallische AtQr-atabfälle, Bohrmehl, Metallspäne, Drehbankabfälle und Teilchen, wie sie beim Zerschnitzeln (Hobeln) großer Stahlstücke entstehen.

Bisher wurde ein großer Anteil des Stahlabfalles in konventioneller Weise unter Anwendung eines Kochofens, beispielsweise eines Martinofens, wieder eingeschmolzen. Es lassen sich jedoch nur beschränkte Mengen an analytisch einwandfreien Abfällen in den basischen Sauerstoff-Konvertern einschmelzen, wie sie gegenwärtig in zunehmendem Maße verwendet v/erden, da zahlreiche zurückbleibende Verunreinigungen effektiv nicht beseitigt werden können. Als eine Folge der Entwicklung der basischen Sauerstoff-Konvertern hat sich somit der Viert von Stahlabfällen als Wiedereinschmelzmaterial erheblich vermindert.

Zusätzlich v/erden reaktionsfreudige Metalle, wie beispielsweise Titan oder Zirkon, herkömmlicherweise nicht durch Schmelzverfahren gewonnen, welche in einfacher VJeise die Verwendung von Abfällen zur Wiedereinschmelzung gestatten. Infolgedessen besitzen Titan- und Zirkonabfälle einen unverhältnismäßig geringen Marktwert im Vergleich mit den hohen, ursprünglichen Gestehungskosten dieser Metalle.

909883/1225

SAO ORlGrNAi.

m - 13*1 .

9- 6. 1969 - \-

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein neues Verfahren anzugeben, mit dessen Hilfe Hetallabfälle auf einfache, v/irtschaftliche Weise einer nützlichen Verwendung zugeführt werden können, v;obei die übliche Verfahrenss';ufe des Einschmelzens unigangen werden kann.

Erfindungsgeniiß werden Metall«'bfüHe direkt zu metallischen Nutzgegenst&nden verfestigt oder konsolidiert, inderr. die~Abf&lie zunächst unter Umgebunjsbedingur.gen zu einen: heterogenen Barren konipaktiert werden uni der Barren anschließend unterhoher Verformung heiP> bearbeitet wird, und zwar unter Bedingungen, bei denen infolge einer Konsolidierung in den Festkörpersustand praktisch die theoretische Dichte wieder hergestellt wird, vrelche den betreffenden !'.aterial in r.assiven Zustand zukommt.

Die anfängliche Kontaktierung kann unter Verwendung einer Vielzahl von Vorrichtungen erreicht v/erden. Es ist beispielsweise bereits herkömmliche Praxis, Stahlabfälle zur: Zwecke der Uieüereinschr.elsur.g dadurch zu emballieren, daß die Abfälle zu rechteckigen, leicht hantierbaren Blöcken gepreßt werden. Jedoch erfordert diese leichte Hantierbarkeit nicht ein solches Ausnal* an Kompaktierur.g wie es für die Ausführung der Erfindung erforderlich ist. Es wurde gefunden, daß es insbesondere vorteilhaft ist, die anfängliche Konipaktierur.g dadurch auszuführen, daß die Abfälle in einer, zylindrischen liehälter gebracht und rät einen eng passenden, hydraulischen Preßsteiripel komprimiert werden. Es ergab sich, daß mit dieser Anordnung ein hoher Grad an anfänglicher Kompaktheit erreichbar ist, und daß

%/12 25

SAO ORIGINAL

A 37 HlH m

m - 134 -

9. 6. 1969 - N-

anschließend während der Ileißverpressung ein im wesentlichen von Leerstellen freies, dichtes Produkt erreicht werden kann.

Obwohl Leerstellen in dem anfänglich kompaktierten Abfall-Barren bis zu einem überraschend hohen Grad toleriert werden können, ist es doch vorzuziehen, daß die Zahl dieser Leer- . stellen so klein als möglich gehalten wird. Es wurde gefunden, daß eine bei Umgeb_ungsbedin<rungen stattfindende Kompaktierung bis zu einem Grad von wenigstens HO % der theoretischen Dichte von geschmiedetem oder gegossenem, handelsüblichen Material mit ausreichendem, innerem Zusammenhang wesentlich ist. Für-Abfälle aus reaktiven Metallen und Legierungen, beispielsweise Titan- und Zirkon-Eegierungen, liegt eine bevorzugte, minimale, ursprüngliche Kompaktierung oder Verdichtung bei etwa 50 % des theoretischen vollständig dichten, massiven oder kompakten Metalls.

Es können Fälle auftreten, wo es erwünscht ist, die oben erwähnte, minimale Kompaktierung anzuwenden] jedoch werden Kompakt ierungen, die bis zu 70 % der theoretischen Dichte oder noch weiter reichen, für den ursprünglichen Kompaktierungs- oder Verdichtungsverfahrensschritt besonders bevorzugt.

Obwohl die im Zusammenhang mit dem Aus.gangs-Verfahrensschritt der Kalt-Kompaktierung erwähnten ^r'Umgebungs"-Bedingungen im allgemeinen Raumtemperatur bedeuten (-18 bis +38 C) und vor-

909 8 8 3/1225

•AD OFUGiNAL

A 37 ^ m

m - 134

9. 5. 1969 - \-

zugsweise auch eine Temperatur in der Nähe, jedoch unterhalb der Rekristallisationstemperatur des zu konsolidierenden Abfallmetalls sein kann, kann diese Umgebungs-Temperatur doch auch irgend eine andere Temperatur sein, bei welcher eine wesentliche Aufschmelzung noch nicht stattfindet oder bei der das Metall noch nicht merklich oxydiert wird.

Der zweite Verfahrensschritt gemäß der Erfindung erzielt eine Konsolidierung der Abfälle in den massiven "Zustand dadurch, daß der vorkompaktierte Barren bei einer Temperatur und mit einer Werkzeugausrüstung so unter Druck gesetzt w.ird, daß der Barren hochgradig zu einer dichten Masse verformt wird, welche wenigstens mehr als 90 % der theoretischen, vollen Dichte des betreffenden Metalls überschreitet und sich vorzugsweise dieser theoretischen Dichte annähert, d. h. eine Dichte besitzt, die etwa 9<3 % der theoretischen Dichte beträgt .

Die Temperatur, bei der der Konsolidierungsschritt stattfindet, soll derjenigen Temperatur entsprechen, Vielehe als Temperatur der "plastischen Verformung" bezeichnet wird, und bei welcher das Metall, aus dem die Abfälle bestehen, eine ausreichende Plastizität für die Heißbearbeitung erhält. Der Bereich dieser Temperaturen ist den Fachleuten, Vielehe aus konventinellen Rohmaterialien metallurgische Produkte erzeugen, wohl bekannt. Wenn das erfindungsgemäße Verfahren beispielsweise auf Stahlabfälle angewandt wird, wird vorzugsweise der Konsolidierungsschritt bei einer Temperatur zwischen etwa 1090 und 1260° C ausgeführt. Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf Abfälle auf der Basis von Titan-Legierung gelangt vorzugsweise eine Temperatur zwischen etwa 76O und IO9O⁰ C zur Anwendung.

909883/1225 - β -

A 37 ω m

m - 13*1

9. .6. 1969 ■■■■·■.. .- fc-

AIs Ausgangsmaterial werden vorzugsweise Metallabfälle benutzt, v;elche in wenigstens einer Dimension eine geringe Dicke besitzen, beispielsweise Metallabfälle in Blech-, Band- oder Drahtform mit einer Dicke in wenigstens einer Dimension bei etwa 5 mm oder kleiner. Metallabfälle, die im wesentlichen aus Stanz-, Bohr— oder Drehabfällen bestehen oder in Schnitzel- oder Spanform vorliegen, erfüllen diese Bedingungen und können dem erfindungsgemäßen Verfahren unterworfen werden. Es wird jedoch vorgezogen, daß ein größerer Anteil des Abfalles aus blechförmigen Stanzabfällen besteht (nämlich 60 % oder mehr). Jedes "zerschnitzelte" rietall, welches in weitem Maße aus Metallstücken mit einem durchschnittlichen Kaliber von etxva 5 nun oder weniger besteht, . kann dem erfindungsgemäßen Verfahren unterworfen "werden. Es ist unpraktisch, das erfindungsgemäße Verfahren auf große Metallstücke wie beispielsweise Motorblöcke von Kraftfahrzeugen anzuwenden.

Obwohl bei Ausübung des erfindungsgemäßen Verfahrens die Abfälle grundsätzlich in der Form von Blechen (z. B. Stanzabfällen, Automobilkarosserien, etc.), Grat. Bohrspänen, Schnitzeln, Drehbankabfallen, etc. vorliegen und eine beliebige Länge besitzen können, ist es doch vorzuziehen, das Ausgangsmaterial, beispielsweise Bleche oder Bänder zu zerschnitzeln oder es in irgend einer Weise zu Teilen zu reduzieren, die in ihrer längsten Abmessung zwischen 2,5 und 500 mm liegen, so daß beim Kontaktieren der Abfälle die langen Dimensionen dahingehend wirken, das Material innerlich zusammenzubinden und infolgedessen eine erwünschte Kornstruktur des konsolidierten Produktes zu vermitteln.

- ⁷ 909883/1225

A 37 ¹U¹J m
m - 13Ί
9. 6. 1969

Es ist vorzuziehen, daß die Abfälle im v/esentliehen frei

ver
von Oberf läehen/mreinigungen einschließlich Rost oder Schuppen (Hammerschlag) sind, obwohl das erfindungsgemäße Verfahren gegenüber solchen oberflächlichen Verunreinigungen überraschend unempfindlich ist. In denjenigen Anwendungsfällen, in denen der Konsolidierungsschritt in einer Presse, beispielsweise einer Extrusions-Presse erfolgt, ist es nicht erforderlich, die Extrusionsl.ainmer von Luft frei zu halten, vorausgesetzt» daß das Aufheizen auf die Extrusions- oder Konsolidations-Temperatur so geführt wird_s daß eine Oxadation im wesentlichen vermieden ist. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, daß ein Ofen mit einer gesteuerten Verbrennung seines Brennstoffes verwendet wird. Wenn es sich bei den Abfüllen um ein reaktives Material, beispielsweise eine Legierung auf der Basis von Titan oder Zirkon (oder auch Molybdän, .Coluinbiuu, Tantal und/oder V/öl fr am) handelt, wird es vorgezogen, das Material zu "konservieren", indem es während des anfänglichen Kompaktierungsschrittes in einen Behälter oder eine "Büchse" eingeschlossen wird, wobei der Behälter oder die "Büchse" vor der Erhitzung des so gebildeten Barrens auf die Konsolidierungstemperatur evacuiert und abgedichtet wird. Wenn es sich bei den Abfällen um Stahl handelt, ist eine "Konservierung" nicht nötig und die"Erhitzung kann in manchen Fällen ohne besondere Vorsichtsmaßnahmen ausgeführt v/erden.

909883/1225

A 37 414 m
m -134
9. 6. 1969

192998$

Die "Konservierung" (engl.r "canning;") kann in einem Behälter aus einem Material erfolgen,, das dem Abfallmaterial ähnlich ist. In diesem Falle schließt das Endprodukt- (ein Stab, Draht o. dgl«)! den Konservierungsbehälter mit ein». Der Konservierungsbehälter kann jedoch auch aus einem von den Abfällen verschiedenen Metall oder aus einer anderen Legierung bestehen Cz. B. Titan in Stahl), in welchem Fall der Behälter oder- die Haut des Endproduktes wieder entfernt werden muß, beispielsweise durch Ablösen der Stahlhautvon einem extrudierten Barren aus Titan. -

Die Auswahl des Strang- oder Fließpreßverfahrens (Extrusion) · zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrensschrittes der Konsolidierung erwies sich als besonders erfolgreich. Ein Barren mit einer Dichte zwischen 40 und 70 der theoretischen Dichte wird durch Pressen von Abfall unter Umgebungsbedingungen im Behälter einer hydraulischen Presse erzeugt und auf die Temperatur der plastischen Deformation erwärmt. Anschließend wird'er in eine Extrusionskammer gebracht, aus welcher er in einen Stab, einen Draht oder ein anderewie geformtes Produkt extrudiert wird. Zur Herstellung hohler Gegenstände, beispielsweise Rohre, kann ein auf Ί0 - 70 f, der theoretischen Dichte kompaktierter Barren in die Kammer einer 'Kohlpresse, (piercing press) gebracht werden, wo er v: ei t er kompakt iert und zu einem Kohlbarren vorgestochen wird. Anschließend wird er zu einem rohrförmigen Erzeugnis fließgepreßt. In manchen Fällen kann ein^Barren auch auf etwa JlO % der theoretischen Dichte kornpaktiert, auf die Tem-

909883/1225

A 37 4l4 m
ro -■ 134
9» 6. 1969

peratw der plastischen Yerformung erwärmt, in den Behälter einer Presse gebracht _Λ zu einer Dichte von etwa 80 % ohne Vorsteehung einer Höhlung komprimiert und schließlich extrudiert werden. Es wurde refund en,- daß derartige Erzeugnisse ±m wesentlichen denjenigen Produkten äquivalent sind, ■wie sie mit Hilfe herkömmlicher Extrudiervprrichtungen gewonnen werden.

Der während der Heißbearbeitung zur Ausbildung eines Produktes mit der gewünschten Dichte .und Kohäsion erforderliche Verformungsgrad hängt von dem betreffenden Abfallmetall und der Temperatur des erhitzten Barrens ab. Wenn die Heißbearbeitung in der bevorzugten Art, d. h. durch Heiß-Extrusion erfolgt, kann das erforderliche Extrudierverhältnis in weiten Grenzen variieren, solltejedoch wenigstens 40:1 betragen. Wenn es sich um Stahlabfall handelt und die Extrusionstemperatur zwischen 1090 und 1260° C liegt, wird ein Extrusionsverhältnis von 100:1 oder größer bevorzugt. Wenn es sich um ein Abfallmetall auf der Basis von Titan handelt und die Extrusionstemperatur zwischen etwa 760 und 1090° C liegt, ist ebenfalls ein Extrusionsverhältnis von wenigstens 40:1 erforderlich.

- 10 -

909883/1225

A 37 inJ|-m iß

9. 6. 1969_: · ■

Zu den bevorzugter. Sehniermitteln, welche auf die Matrize oder das Gesenk aufgebracht werden, wenn das erfindungsgemäße Verfahren.auf das Strang- oder Fließpressen von Abfallmetall bei einer Temperatur oberhalb ^25° C ausgeübt wird, gehören glasartige Schmiermittel, wie sie für- die herkömmliche Extrusion der gleichen Materialien in massiver Form Anwendung finden und beispielsweise in den USA-Patentschriften 2 538 917 und 2 9^}\6 437 beschrieben sind.

Derartige: glasartige Materialien finden sich unter den Salzen, Oxyden und Mischungen hiervon, welche bei Extrusionstemperatur einen vreiten Viskositätsbereich besitzen, der im Gegensatz zu einem echten Schmelzpunkt steht; ferner· sind diese Stoffe unverbrennbar und können zu einem kontinuierlichen,: viskosen Film progressiv aufschmelzen. Sie finden Anwendung in der Form.eines Pulvers, welches zu Scheiben agglomeriert

ist. - : ' .;.■. ■■■:-. ■ .

Die Schmierung der seitlichen Flächen des Barrens, wenn dieser an der Wand des Pressebehälters-entlanggleitet, erfolgt · vorzugsweise mit Hilfe einer glasartigen Substanz, wie sie in der USA-Patentschrift 2 90S 587 beschrieben ist. Wenn der Abfall selbst die seitliche Fläche des Barrens bildet, kann diese Schmierung durch ein Fett oder durch eine Mischung gebildet werden, die ein Fett und ein glasartiges Material gemäß der französischen Patentschrift 1 ^O 651 einschließen.

- 11 -

909883/1225

A 37 ¹Il¹I m βλ

m - 13¹I "

9. 6. 1969

Eb ist bei Ausübung der Erfindung weiterhin möglich, den gewöhnlich benutzten Werkzeugstahl an der Arbeitsfläche der Matrize durch ein hochfeuerfestes, keramisches Material zu ersetzen, beispielsweise Zirkonerde. Dies kann dadurch erfolgen, daß entweder der !iinzug einer ganzen Stahlmatrize mit einem Icerainischen überzug versehen wird, oder dadurch, daß ein keramischer Einsatz, der den*Matrizeneinzug einschließt, in ein entsprechend gestaltetes Stahlgehäuse eingesetzt wird. Optimale Ergebnisse bei der Ausführung des Konso-lidierur.gs- oder Extrusionsschrittes geriäß der Erfindung ergeben sich, wenn die Arbeitsfläche der Matrize und ihre Schmierung derart sind, daß sich ein stromlinienförmiger Fluß des extrudierten Barremnaterials durch die Matrizenöffnung ergibt, wobei die Außenseite* des Barrens zur Außen-■ Seite des extrudierten Körpers wird.

Die nahstehenden Beispiele dienen der Erläuterung verschiedener Ausführungsformen der Erfindung.

Beispiel I

Es wurden lose VJeichstahlabfälle in drei verschiedenen Dicken verwendet. Die Abfälle umfaßten etwa gleiche Anteile an 0,9 nun dicken Blechschnitzeln und 0,65 mn dicken Stanzresten, sowie weniger als 10 f> (bezogen auf das gesamte Abfallgewicht) an etwa 2,8 bis 3 mm dicken·., von tief gezogenen Schalen herrührenden Abfall.

- 12 -

909883/1225

A 37 Ίΐ'ΐ m
m - 13Ü
9. 6. 1969

Die Kontaktierung zu einen Barren erfolgte auf einer 700 Tonnen HPM-Presse. Die V.'erkzeugeinrichtung bestand aus einem dickwandigen Behälter, zwei Preßstenpeln und einer Verlängerungshülse, um die Beladungskapazität des Behälters zu erhöhen. Der Abfall wurde in die obere öffnung eingegeben, bis sowohl der Behälter als auch die VerEngerungshülse gefüllt waren.. Hierauf wurde der obere Preßstenpel vorgeschoben, bis das gesamte Material unterhalb der Oberseite des Behälters kompaktiert war. Der Stempel wurde anschließend zurückgezogen .. und die Verlängerungshülse entfernt, wonach die Kompaktie-* rung bis zu den gewünschten Niveau wieder aufgenommen wurde. Die Kontaktierung jedes Barrens erforderte vier Einzelpressungen, um so das gewünschte !Iaterialgewicht in der Kompaktie- · rungs kammer zu erhalten. !lach jeden Kompaktierungsvorgang wurden an der Oberseite des kompaktierten Körpers einzelne Stücke des flach gedrückten Abfalls abgezogen oder geradegerichtet, 'um so eine Vereinigung eines Koripaktierungsabschnittes mit dem nächsten zu begünstigen.

Die Abfallgewichte wurden so berechnet, daß sich in den meisten Fällen ein für die Extrusion geeigneter Barren mit einer durchschnittlichen Dichte von 70 $ (bezogen auf die theoretische Dichte des betreffender. Metalls) ergab. Die für die Extrusion vorgesehenen Barren rr.it einer Dichte von 70 %

Ot

besaßen einen Durchmesser von et v/a l';,6 cm eine Länge von etwa JtO cn und "wogen etwa 33,6 kg. Die Barren wurden in einem Muffelofen unter Schutzgasatmosphäre auf et v/a 120*1° C erhitzt und auf einer 2750 Tonnen-Gtrar.gpresse zu 12 mm dicken Stäben extrudiert., wobei das Extrusionsverhältnis 1^ :1 betrug. Die in der- üblichen V.^:eise aus Stahl gefertigen Matrizen waren auf etva '125 - Wp⁰ G erhitzt; die Vorerhitzung

90988-3/1225 "^ ~

BAD

A 37 4l4 πι m - 134 9. 6. 1969

-ar-

des Behälters selbst lag bei 315 - 485 C. Die Schmiermittel für die Matrize und die Seitenflächen bestanden aus Fensterglas. Die Ereßgeschwindigkeit betrug 7*5 - 10 cm/sek.

Die mechanischen Festigkeitseigenschaften mehrerer Proben
solcher stranggepreßter Stäbe sind in der nachstehenden
Tabelle aufgeführt. Die Tabelle umfaßt ferner typische Handbuch-Werte für die Eigenschaften von Stahl mit geringem Kohlenstoffgehalt .

Stangenende :

Zugfestigkeit (bei Bruchbelastung) ρ 1000 kg/cirr

Streckgrenze ρ 1000 kß/cnT

Elongatior (Bruchdeh

nung

in 5 cm

Flächenreduktion

rf

Vorne Hinten

3,80/3,82 3,82/3,5*1

2,52/2,49 2,52/2,11

26,0/25,0 28,0/25,5

79/78 79/80

30 - 40

Handbuc h- 3,15-4,55" werte (für den getemperten Zustand)

Die in der Tabelle dargestellten Ergebnisse zeigen, daß die
mechanischen Eigenschaften der erfindungsgernäß gewonnenen Produkte mit den Handbuchwerten vergleichbar sind und die mechanischen Festigkeiten im allgemeinen doppelt so groß waren wie diejenigen Werte, welche sich bei den bisherigen, laboratoriumsmäßigen Strangpressungen ergaben.

- 14 -

909883/1225

2,10-3,15

50 - 65

SAD OfUGiNAL

A 37
iii -,
9. 6. 1969

Repräsentative Proben der erfindungsgemäß extrudierten Stäbe viurden einer metallographischen Untersuchung unterworfen. Trotz der unansehnlichen Oberfläche der extrudierten Stäbe ergab die mikroskopische Prüfung in der überwiegenden Mehrzahl der untersuchten Probenquerschnitte eine gute metallische' Fehlerlosigkeit. Dies war auch bereits aufgrund der vorher gemessenen Festigkeit s v/er te zu erwarten.

Abschnitte einiger erfindungsgenäß gewonnener Strangpreßprofile wurden mit Sandstrahlgebläsen behandelt und auf Tromrielzugvorriehtungen zu Drähten kaltgezogen.

Beim Ablauf des ersten Ziehvorganges waren die Drahtflächen im allgemeinen rauh und wellig.· Bei weiterer Kaltreduktion des Querschnittes heilten jedoch die obex-flächlichen Bruchstellen aus. Teile des Drahtes viurden ohne Schwierigkeit bis zu einem Durchmesser von 0,75 nim gezogen, was einer Gesamtquerschnittsreduktion von über S9 % entspricht.

Die nachstehenden Festigkeitswerte wurden nach Abschluß der Kaltziehvorgänge am Draht gemessen:

Gesamte Ziehreduktion 'Bruchfestigkeit Streckgrenze
Elongation % in 5 cm Flächenreduktion in %

50 %

β,21-6,19 · 1000 kg/cm/ 5,28-5,27*1000 .kg/cm* 12,5/11,5.
64/62

909883/1225

- 15 -

BAO ORiQiNAI.

g,4s

A 37 ¹Ui ra
m - 13¹I
9. 6. 19C9

Beispiel II

Mischabfälle wurden unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel I, jedoch mit folgenden Ausr.ahnen behandelt:

Barrendichte Co 5
Preßgeschwindigkoit 2_a5~5 cm/sek. Matrizenteinperatur 315~375 C

Als Behälterschiaiernittel vmrde nur Fett benutzt. Es wurde durch Pistonieren (Schwabbeln) del Behälterwand vor jeder ng aufgebracht.

Die Stahlnatrizen wurden so bearbeitet, daß sie im Schrumpfsitz eingebrachte Einsätze aus Zirkonerde aufnehmen konnten.

Die Verwendung einei· ker-c-r.ischer. üatrize bei höherer Barrendichte brachte iia Hinblick auf die stranggepreßte Oberflächengüte merkliche Verbesserungen. Die Oberfläche des extrudierten Produktes "war sehr glatt und von guter Ziehcualität.

Aufgrund von Durchresserbestir.run-ger. der stranggepreP.ten Stäbe ergab siel·, eine .Abnutzung; des -Durohir.es-sers der ilerariknatrize nach zehn Strangpressungen vor. et'>:a 0,?5 t.n, nachden etv:a ?C6 τ?. Strangpi-e"nj'ofil e.:-:trudii-:rt v:a:-er.. ILir.fi zv.'eite Matrize zeigte

. - 16 -

Π09883/Ί/??

A 37 ¹M^ ra
η - 13¹I
9. 6. 1969

nach sechs Extrusionen eine Abnutzung von etwa 0,18 mm, während Matrizen aus reinem Stahl nicht mehr als einer einzigen Strangpressung standhalten konnten.

Die Ergebnisse einer metallographischen Untersuchung der erzeugten Proben entsprachen den Ergebnissen des voranstehenden Beispiels mit der Ausnahme, daß die Oberflächeneigenschaften wesentlich verbessert waren. Die innere Fehlerlosigkeit war. gut und die Proben zeigten einen hohen Grad an Reinheit. Es wurden zwar einige wenige Einschlüsse festgestellt, jedoch waren diese vereinzelt und stellten bei der Weiterverarbeitung zu Draht kein Problem dar.

Während der nachfolgenden Ziehoperation zu Draht aus den extrudierten Stäben auf Drahtdicken in der Größenordnung von etwa 1,2 bis \5 mm (was einer Querschnittsverminderung von 99 % entspricht) ergaben sich keine Schwierigkeiten. Unterhalb der genannten Drahtdicken begann Drahtbruch aufzutreten. Jedoch konnten dennoch etwa 39C Meter Draht mit einem Durchmesser zwischen etwa 0,8 und 0,9 nun gezogen werden.

Bruchfestigkeiten und Flächenreduktionen wurden an einem kaltgezogenen Draht r.it 75 £iger Reduktion gemessen. Die Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle enthalten. /

-17 -

^909883/1225 W0OWG.NAL

Q- -A'vn.

A 37 ¹H¹I m
m - 134
9. 6. 1969

Zahl der	Bruchfertigkeit	7,8-3,1	Plächenreduktion %	51	eich
Versuche	1000 kg/cm2	8,1-3,6	Durchschnitt Ber
	Durchschnitt Bereich	8,0-ε,Ι		50	- 53
9	8,0	. 7,9-8,3	51,6	50	- 52
13	8».Ü	7,6-8,3	46,6	iJ5	- 53
VJI	8,1	7,3-7,7	51,8	50	- 56
9 ■■ .	. 8,1	53,1	-56
11	8,0	51,1	- 63
12	7,5	56,9

Die Daten der Tabelle stimmen mit Handbuchv/erten für kaltgezogenen Draht aus Stahl mit geringem Kohlenstoffgehalt gut überein. ■.

Beispiel III

Abfall aus Titanlegierung (11-7Al-¹IMo) vmrde in dem einen Durchmesser von 7,8 cm besitzenden Behälter einer hydraulischen 80-Tonnen-Presse verpreßt

In den Pressenbehälter wurde zunächst eine aus Weichstahl bestehende Büchse eingesetzt, die aus einem 30 cm langen Rohr mit angeschweißter Abschlußplatte am unteren Ende bestand. Diese Büchse wurde anschließend mit dem Abfall gefüllt, Nach Druckbeaufschlagung, Anbringen einer oberen Stirnplatte, Abschneiden der Überlänge der Büchse, Evakuieren und Elektronenstrahlschweißen wurde ein 15 cm langer Barren mit einer Dichte von 50 % erhalten.

- 18 -

3/1225

BAD ORIÖtNAL

A 37'¹HI m

9. 6. 1969 . ■*.*

Für- die Durchführung des zweiten, konsolidierenden Verfahrensschrittes gemäß der Erfindung (Heißverfestigung) wurde der Barren auf IO65 C erhitzt, in den einen Innendurchmesser.von 8,2 cn besitzenden behälter einer hydraulischen 700-Tonnen Presse zusammen mit Glasschmiermittel gebracht und zu einem Stab von etwa 10 mm Dicke stranggepresst, was einen Extrusionsverhältnis von 77:1 entsprach.

Der Pressebehälter v/urde auf 370° C vorgeheizt; die Geschwindigkeit des Preßstempels betrug 3j3 cm/Sek.; die Stahlbüchse oder -hülle wurde durch Abbeizen entfernt.

Die extrudierten Stäbe waren sehr glatt. Ihre radiographische Untersuchung ergab keine groben, inneren Porositäten oder Lamellenbildungen. Die wirkliche Dichte war von der theoretischen Dichte nicht merklich verschieden.

Wie sich aus der nachstehenden Tabelle ergibt, waren die Zugfestigkeitseigenschaften mit den Standardwerten der Handbüchervergleichbar.

	Proben gemäß Erfindung	der	Handbuchvier t e (getemperter	Zustand)
Bruchfestigkeit	11 900/12 000	kg/cm²	11 200
Streckgrenze	10 000/ 9 900	kg/cm²	10 500
Elongation in 2,5 cm	10/11 %		16 % auf	5 cm
Flächenredüktion	8 %

- 19 -

909883/1225

BAD ORIGINAL

A 37 ¹JIm ι»
m - 13*1
9. 6. 1969

Die metallographische Unter-suchtung der erf indungsgeriäß behandelten Legieruno (?i-7Äl-i-Xo) ergab eine cute Verdichtung. Es wurden nur wenige Leerstellen in der Legierungsstruktur
gefunden.

Beispiel IV

Mischabfall aus Weichstahl beziehungsweise Stahllegierung der Sorte AISI 52 100 v/urde erfindungsgenäß in Barrenform überführt, wobei die Kompaktierung in den einen Innendurchmesser von etwa 7,8 cm besitzenden Behälter einer hydraulischen 80 Tonnen
Presse ausgeführt wurde. Die aus Ueichstahl gebildeten Barren hatten eine durchschnittliche Dichte von etwa 65 bis 75 S»
während die durch die Koir-paktierung d**r oben erwähnten Stahllegierung gewonnenen Barren eine durchschnittliche Dichte zwischen etwa 50 und 55 S (jedesiaal bezogen auf die theoretische Dichte) aufwiesen.

Zur Ausführung des zweiten Verfahrensschrittes gemäß der Erfindung (Heißkonsolidierung) wurden die oben erwähnten Darren auf etwa 1232° C erhitzt, zusarasen rait einen Glasschmiermittel in den einen Innendurchnesser von etwa 8,2 cn besitzenden Bah&lter einer hydraulischen 700-Tonnen-Presse eingebracht und zu
Stäben mit einer Dicke von ca. 10 mn strancgepreßt, was einen Extrusionsverhältr.is von etwa 77:1 entsprach.

- 20 -

93S3/1225

BAD

A 37 ²Jl¹I m
m - 13*1
9. 6. 1969

Die Dichten der aus Weichstahl, aus der· oben erwähnten Stahllegierung sovrie aus Titan entsprechend Beispiel 3 bestehenden Stäbe wurden bestimmt, wobei die Technik der Volumenverschiebung in Wasser bei 20° C Anwendung fand.'. Die Stäbe aus Weichstahl hatten mit Bezug auf die theoretische Dichte eine Dichte von etwa 99,7 %i die Stäbe aus der Stahllegierung AISI 52 100 hatten eine Dichte von 99a6 2» während die Dichte der Titanlegierung in wesentlichen 100 % betrug.

909883/1225

BAOORiQiNAL

Claims

A 37 ω m
m - 131
9. 6. 1969

Patentansprüche :

1. Verfahren zur Herstellung von Mutzgegenständen aus Metallabfällen, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst die Metallabfälle bei Umgebungstemperatur zu einem Barren verpreßt werden, dessen durchschnittliche Dichte wenigstens etwa kO % der theoretischen Dichte des betreffenden Metalls beträgt, daß hierauf der Barren auf eine eine plastische Verformung des Metalls ermöglichende Temperatur erhitzt und schließlich durch eine Keißverformung derart verfestigt wird, daß der durch die Verformung gewonnene Nutzgegenstand eine Dichte in der Nähe der theoretischen Dichte besitzt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallabfälle zunächst zu einem Barren mit einer Dichte von wenigstens 70 % verpreßt werden und der Earren anschließend in heißer Form stranggepreßt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Barren in einer abgeschlossenen Kammer heiß komprimiert und in dieser Form heiß stranggepreßt wird.

909883/1225

B*D

A 37 ¹UlI m
m - 13I1
0. 6. 1969

*i. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Barren heiß hohl vorgeformt und anschließend zu einem hohlen Endprodukt heiß strangcepreßt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - *!, dadurch gekennzeichnet, daß der erhitzte Barren in der- V/eise stranggepreßt wird, daß ein stromlinienförmiger Fluß des Metalls durch eine Extr-usionsmatrize erfolgt, wobei die äußere Oberfläche des Barrens zur- Außenfläche des str-anggepreßten Körpers wird.

6. Verfahren nach einen der voranstellenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mit einem Extrusionsverhältnis von wenigstens ^0:1 heiß verformt wird.

7. Verfahren nach einen der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Stahlabfälle verwendet werden und bei einer Temperatur zwischenetwa IO9O und 1260 C heiß verform wird.

8. Verfahren nach einem der- Ansprüche 1 - 6_a dadurch gekennzeichnet, daß Abfälle aus Titan oder Titanlegierung verwendet werden und bei einer Temperatur zwischen etwa 760 und 1090° C heiß verformt v/ird.

909883/1225

8AD OfBGiNAL

A 37 Hl¹* m

9. 6. 1969 13 " \"

39. Verfahren nach einen der- voranstehenden Anspruches dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von Hetallabfallen, die in heiße« Zustand Mit der Atmosphäre reagieren, die anfängliche Verpressung zu einen: Barren vorzugsweise mit einer Dichte von wenigstens etwa 50 5, in einem insbesondere zylindrischen Metallbehälter erfolgt, welcher unmittelbar danach evakuiert und dicht verschlossen wird.

10. Verfahren nach Anspruch ©, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter aus einem Metall gefertigt Xfird, welches ähnliche Verformungseigenschaften wie die !'etallabfälle besitzt.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Atmosphäre, in welcher der Barren erhitzt wird-, so gewählt wird, daß der die Außenseite des Barrens bildende Behälter nicht angegriffen wird.

12. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß beic Strangpressen die Extrusionsmatrize und die Seitenflächen des Barrens geschmiert werden.

13. Verfahren nach Artspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß zum Schmieren ein glasähnliches Material verwendet wird',welches bei der Strangpreßtenperatur- keinen scharfen Schmelzpunkt, sondern einen vreiten Viskositätsb«=reich besitzt, unbrennbar ist und allmählich zu einen kontinuierlichen Film aufschmilzt,

909883/1225

&jKD

A 37 **I^ a
m - 13^
9. 6. 1969

1*1. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Metallabfälle verwendet werden, welche wenigstens eines der nachstehenden Metalle enthalten: Zirkon, Molybdän, Kolumbiur., Tantal und Wolfram.

15· Verfahren nach einem der voranstellenden* Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhitzung des Barrens in einer Atmosphäre vorgenommen wird,- Vielehe die Metallabfälle nicht angreift.

• ■

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhitzung des Barrens ir. Luft vorgenommen wird.

IT- Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhitzung in einer Atmosphäre vorgenommen wird, welche durch gesteuerte Verbrennung eines Brennstoffes erzeugt ist.

18. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß beim Strangpressen eine Extrusionsmatrlze verwendet wird, bei der wenigstens die Oberflähe der Matrizenöffnung mit einer keramischen Schicht überzogen ist.

19. Verfahren nach Anspruch l8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Matrize mit einen Stahlgehäuse verwendet wird, in welches "im Schrumpfsitz ein Einsatz aus· keramischem Material eingesetzt ist, 'welcher eine Matrizenöffnung der gewünschten geonetr-i sehen Form enthält.

-5-

909883/1225

ORtGtNAL

A 57 hlh m
m -13.«
9. 6. 1969

20. Verfahren nach einen der voranstehenden Ansprüche', dadurch gekennzeichnet j daß die zum Strangpressen verwendete Extrusionspresse einen der. Extrusionsmatrize vorgeschalteten Barrenbehälter aufweist, und die Schmierung der Barrenseitenflächen dadurch erfolgt> daß ein nicht glasartiges Schmiermittel zwischen die Barrenseitenflächen und den Behälter eingebracht wird. -..;--..-

21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß als Schmiermittel Fett benutzt wird.

2·2. Verfahren nach Anspruch 20, oöer. 21, dadurch gekennzeichnet, daß als. Schmiermittel eine Mischung aus einem glasartigen ujid einem nicht glasartigen Schmiermittel verwendet wird,

25. Verfahren ixach einem, der voranstehenden Ansprüche _x dadurch geke.nnze.ichpet, daß ein Extrusionsverliältnia von wenigstens 0:1 angewandt wird.

24._; Verfahren nach e4nem der voranstellenden Ansprüche,. dadurch geicennze-ichnet, daß aus M,etallstücken^ bestehende Abfälle werden, deren Abmessungen in wenigstens einer 5; mm oder weniger betragen.

25. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Abfälle Blechabfälle, S_treifenabf-älle,, Stranzab fälle, Draht abfalle, Werkzeugmaschine nabfälle., Bohr-, Hobel- und/oder Drehbankspäne verwendet

A 37 414m

m- 13'! i<

9. 6. 1969 — /

26. Verfahren nach einem der voranstehenaen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallabfälle zu wenigstens 60 Gew.Ji aus Blech- und/oder Streifenabfällen bestehen.

909883/1225

8Aß