DE1959999C

DE1959999C - Process for the treatment of deformable superplastic metal plates

Info

Publication number: DE1959999C
Application number: DE19691959999
Authority: DE
Inventors: Jackie Lee Oak Ridge Tenn.; Ralston William Gary; Toben Bernard Edward; Lexington Ky.; Cook (V.St.A.)
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1968-12-13
Filing date: 1969-11-29
Publication date: 1973-02-08

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung von zu verformenden superplastischen Metall* Blatten mit eindiffundiertem nicht superplastische™ Metall, die vor dem Verfonnungsprozeß außerhalb oder innerhalb der Form auf die zur Verformung erforderliche Temperatur gebracht werden.The invention relates to a method for the treatment of superplastic metal to be deformed * Leaves with diffused non-superplastic ™ metal that are outside before the molding process or brought to the temperature required for deformation within the mold.

Sowohl im Maschinenbau a's auch in der Elektrotechnik ist es sehr oft erforderlich, daß kleine runde bzw. eckige Stifte oder andere Bauteile mit einem gemeinsamen Träger aus Metall verbunden werden müssen. Dies kann einmal dadurch geschehen, daß für die einzelnen Bauteile die entsprechend geformten Löcher in diese Platte durch Bohren oder Ätzen !eingebracht werden und daß danach die Stifte durch eine Preß-, Lot-, Schweiß- oder Nietvorrichtung mit 4er gemeinsamen Platte verbunden werden. Abgesehen davon, daß das Einbringen von Löchern für aufzunehmende Bauteile in die Grundplatte sehr zeitraubend und darüber hinaus ungenau ist, muß die Grundplatte in mehreren vorhergehenden Arbeitsschritten noch bearbeitet weiden, wenn sie überdies noch Vertiefungen oder Erhöhungeo oder verstärkte Ansätze aufnehmen soll.Both in mechanical engineering as well as in electrical engineering It is very often necessary that small round or angular pins or other components with a common Metal supports must be connected. This can happen once in that For the individual components, the correspondingly shaped holes in this plate by drilling or etching ! and that the pins are then brought in by a pressing, soldering, welding or riveting device 4 common plate can be connected. Apart from the fact that the drilling of holes for components to be included in the base plate is very time-consuming and, moreover, inaccurate, must Base plate still processed in several previous work steps, if moreover should take up deepenings or heights or reinforced approaches.

Für thermoplastische Kunststoffe und für Glas sind sogenannte Streck- oder Spannungs-Verformungsverfahren bekanntgeworden. Dabei wird eine Form verwendet, die praktisch eine zu dem herzustellenden Erzeugnis komplementäre Gestalt hat Das zu verformende Material wird dabei in diese Form eingelegt,So-called stretching or stress deformation processes are used for thermoplastics and for glass known. A shape is used that is practically one for the product to be manufactured has a complementary shape The material to be deformed is placed in this shape,

Außerdem ist hi Uera Artikel »A Review of Superplasticity and Related Phenomena« von Ervin E. Underwood, Journal of Meteis, Dezember J962, S. 914 bis 919, em Efekt behandelt, der in neuerer Zeit der SupeipJastiätätseffekt von Metallen genannt wild. Diese Eiscbeinung wunde bereits vor aber 40 Jahren beobachtet und hauptsächlich wählend der vergangenen 10 Jahre eingehend untersucht Dehnungen in derGrößenordnung von600·/· wurden bei Versuchen beobachtet, was ein Zeichen von einem hohen Grad von Plastizität ist Insbesondere eignen sich folgende Legierungen für diesen Effekt, und sie werden deshalb superplastische Metalle genannt:Also, hi Uera's article, A Review of Superplasticity and Related Phenomena "by Ervin E. Underwood, Journal of Meteis, December J962, pp. 914 to 919, an efect dealt with in more recently the supeipjastiätseffekt of metals called wild. This leg of ice already wounded but observed for 40 years and examined in detail mainly during the past 10 years Strains on the order of 600 · / · have been observed in experiments, which is a sign of a high degree of plasticity. Particularly suitable the following alloys for this effect, and they therefore superplastic metals are called:

20 Gewichtsprozent Aluminium,
80 Gewichtsprozent Zink,20 percent by weight aluminum,
80 percent by weight zinc,

67 Gewichtsprozent Aluminium,
33 Gewichtsprozent Kupfer,
88,3 Gewichtsprozent Aluminium,
11,7 Gewichtsprozent Silizium,67 percent by weight aluminum,
33 percent by weight copper,
88.3 percent by weight aluminum,
11.7 percent by weight silicon,

62 Gewichtsprozent Kupfer,
38 Gewichtsprozent Zink,62 percent by weight copper,
38 percent by weight zinc,

59 Gewichtsprozent Kupfer,
41 Gewichtsprozent Zink,59 percent by weight copper,
41 percent by weight zinc,

52 Gewichtsprozent Kupfer und
48 Gewichtsprozent Zink.52 weight percent copper and
48 percent by weight zinc.

Es wurde auch vorgeschlagen, mit Hilfe der Superplastischen Metalle komplizierte Gehäuse von Ma-It has also been suggested to use superplastic metals to make complex housings from ma-

4· schinen herzustellen, indem man eine Negativform des Gehäuses herstellt und das superplastische Material in diese Form drückt. Bevor das superplastische Material in die Form gedrückt wird, wird es entweder außerhalb oder innerhalb der Form gleichmäßig erwärmt, um in den superplastischen Zustand zu gelangen. 4 · Manufacture machines by making a negative mold of the housing and presses the superplastic material into this shape. Before the superplastic When material is pressed into the mold, it becomes uniform either outside or inside the mold heated to get into the superplastic state.

Bei Versuchen hat sich nun herausgestellt, daß bei der gleichmäßigen Erwärmung der superplastischen Ausgangs-Metallplatte an den Ecken und Kanten dasExperiments have now shown that with the uniform heating of the superplastic Starting metal plate on the corners and edges that

so Material mehr gedehnt wird als an glatten Flächen. Dadurch entsteht der wesentliche Nachteil, daß das fertig geformte Werkstück im Endzustand keine gleichmäßige Wandstärke aufweist, sondern daß verschieden dicke Wandstärken vorhanden sind, die ein-so material is stretched more than on smooth surfaces. This has the major disadvantage that the finished shaped workpiece does not have any in the final state has uniform wall thickness, but that wall thicknesses of different thicknesses are available, which

SS mal Spannungen in dem Werkstück hervorrufen und zum anderen die Festigkeit des Werkstücks wesentlich beeinflussen.SS times cause stresses in the workpiece and, on the other hand, the strength of the workpiece is essential influence.

Außerdem ist es aus dem »Zink-Taschenbuch«, Berlin, 1959, bekannt, Zinklegierungen mit KupferIt is also known from the "Zink-Taschenbuch", Berlin, 1959, zinc alloys with copper

votzubehandeln, indem eine dünne Kupferschicht auf die Zinklegierung aufgebracht wird. Dieses Ververkupfern hat jedoch den Zweck, die nachfolgende Kupferschicht oder eine andere galvanisch aufzubringende Schicht besser haften zu lassen. Dieses Vor-To be treated by applying a thin layer of copper to the zinc alloy. This copper-plating however, the purpose is to apply the subsequent copper layer or another layer by electroplating To let the layer adhere better. This pro

«5 verkupfern kann jedoch nicht auf superplastische Metalle oder Legierungen angewendet werden» die an bestimmten Stellen besondere Eigenschaften bekommen sollen.“5 copper plating cannot, however, be applied to superplastic metals or alloys” the an certain places should be given special properties.

Der Erfindnng liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, s«in Verfahren zur Behandlung von zu formenden superplastischen Metallplatten zu schufen, das es ermöglicht, daß das geformte Werkstück an allen !Stellen eine gleichmäßige Wandstärke und gleich-' mäßige oder an bestimmten ausgewählten Stellen sogar eine erhöhte Festigkeit aufweistThe invention is therefore based on the object of providing methods for treating materials to be molded To create superplastic metal plates that allow the shaped workpiece to be attached to all ! Make a uniform wall thickness and uniform or at certain selected points even has an increased strength

Die erfindungssemäße Lösung der Aufgabe besteht darin, daß nur an ausgewählten Bereichen der superplastischen Metallplatte das nicht superplastische Metall Kupfer eindiffundiert wird.The object is achieved according to the invention in that only in selected areas of the superplastic metal plate the non-superplastic metal Copper is diffused.

Der Vorteil des erSnduagsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß gleichzeitig mit der Formung des Werkstückes erreicht wird, daß an allen Stellen des Werkstückes, insbesondere an Ecken und Kanten eine gleichmäßige Wandstärke und damit auch eine gleichmäßige -Festigkeit des Werkstückes erreicht wird. Durch das Eindiffundieren von Zusatzmaterialien wird außerdem erreicht, daß an bestimmten ausgewählten Stellen des Werkstückes während des so Verformungsprozesses eine wesentlich höhere Festigkeit erreicht wird. Dadurch entfallen vor allem die Festigkeit erhöhende Sicken, die insbesondere bei feinmechanischen oder elektrischen Apparaten nicht erwünscht sind. »5The advantage of the process according to the invention is that, simultaneously with the formation of the Workpiece is achieved that at all points of the workpiece, especially at corners and edges A uniform wall thickness and thus also a uniform strength of the workpiece is achieved will. By diffusing in additional materials it is also achieved that at certain selected points of the workpiece during the deformation process a significantly higher strength is achieved. Above all, this eliminates the need for beads that increase strength, in particular with Precision mechanical or electrical apparatus are not desired. »5

Die Erfindung wird im folgenden an Hand verschiedener Ausführungsbeispiele und der Zeichnungen näher erklärt Es zeigtThe invention is described below with reference to various exemplary embodiments and the drawings Explained in more detail It shows

F i g. 1 in Form eines Blockdiagrammes die einzelnen Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens,F i g. 1 shows the individual steps of the method according to the invention in the form of a block diagram,

F i g. 2 eine perspektivische Darstellung eines zu einem Ausführungsbeispiel gehörenden Gerätes,F i g. 2 shows a perspective illustration of a device belonging to an exemplary embodiment,

Fig. 3 eine Schnittansicht einer mit dem in Fig. 2 gezeigten Gerät hergestellten Form,Fig. 3 is a sectional view of a mold made with the apparatus shown in Fig. 2;

F i g. 4 eine Schnittansicht in vergrößertem Maßstab der Materialstruktur eines Teiles der vorbereiteten Materialtafel vor der Verformung zu der in Fi g. 3 gezeigten Form,F i g. 4 is a sectional view, on an enlarged scale, of the material structure of a part of the prepared one Material sheet before the deformation to the in Fi g. 3 shape shown,

F i g. 5 eine vergrößerte Schnittansicht der Materialstruktur der in F i g. 3 gezeigten fertigen Form,F i g. 5 is an enlarged sectional view of the material structure of the FIG. 3 finished form shown,

F i g. 6 eine Schnittansicht einer zur Formung eines anderen Ausführungsbeispieles benutzten Gerätes,F i g. 6 is a sectional view of one for forming one device used in another exemplary embodiment,

F i g. 7 eine Ansicht eines Gerätes zur Durchführung eines weiteren Ausführungsbeispieles undF i g. 7 is a view of a device for implementation another embodiment and

F i g. 8 unc" 9 Schnittansichten einer entsprechend dem Verfahren vorbereiteten Materialtafel.F i g. 8 and 9 sectional views of a material sheet prepared according to the procedure.

Die vorliegende Erfindung kann grundsätzlich auf dehnbare Metalle angewandt werden. Verschiedene Beispiele für derartige Metalle, die auch als superplastische Metalle bezeichnet werden, sind im USA.-Patent 3 340 101 angegeben. In der Zwischenzeit wurden weitere sogenannte superplastische Materialien bekannt, z. B. wurde ein rostfreier Stahl mit superplastischen Eigenschaften beschrieben von H W Hay den u. a. in »Transactions of the ASM«, VoI 60, 1967, S. 3 bis 13. Diese Materialien sind bei Erwärmung auf eine kritische Temperatur besonders dehnbar. Das Ausmaß, in welchem sich ein solches Material dehnen läßt, kann allgemein aus seiner Dehnungsempfindlichkeit und einem formabhangigen So Konstruktionsfaktor bestimmt werden. Die Dehnungsempfindlichkeit m ist:The present invention can basically be applied to ductile metals. Different Examples of such metals, also referred to as superplastic metals, are in the United States patent 3 340 101 stated. In the meantime, other so-called superplastic materials were used known, e.g. B. a stainless steel with superplastic properties was described by H W Hay den i.a. in "Transactions of the ASM", Vol 60, 1967, pp. 3-13. These materials are particularly flexible when heated to a critical temperature. The extent to which such Can stretch material, can generally from its sensitivity to stretching and a shape-dependent So Design factor to be determined. The stretch sensitivity m is:

m =-m = -

σ ist die Spannung in kg/cm² und έ die Ausdehnung pro Zeiteinheit. Die Dehnungsempfindlichkeit läßt sich leicht durch die einfache and allgemein bekannte Torsionsprüfung bestimmen, die in dem Artikel »Determination of Strain-Hardening Characteristics by Torsion Testing« von D. S. Fields, Ir„ und W. A. Backofin, veröffentlicht in »Proceedings of the ASTM«, 1967, Volume 56, S. 1259 bis 1272, beschrieben ist. Die größte Dehnungsempfiadlichkeit tritt bei Metallen, wenn überhaupt, offensichtlich auf, wenn sie in einem metastabilen Zustand in der Nähe der Transformationsgrenze verfonnt werden. Dementsprechend kann man von einer Temperatur unmittelbar unterhalb dieser Grenze erwarten, daß sie die größte Dehnungsempfindlichkeit hervorruft Daher wird diese Temperatur für Prüfungen und Verarbeitung bevorzugt. So ist z. B. eine Legierung/aus 22°/o Aluminium und 78*/· Zink superplastisch bis zu einer kritischen Temperatur von etwa 275° Qσ is the tension in kg / cm ² and έ is the expansion per unit of time. The strain sensitivity can easily be determined by the simple and well-known torsion test described in the article "Determination of Strain-Hardening Characteristics by Torsion Testing" by DS Fields, Ir "and WA Backofin, published in" Proceedings of the ASTM ", 1967, Volume 56, pp. 1259 to 1272. The greatest stretch sensitivity, if at all, appears to occur in metals when they are put in a metastable state near the transformation limit. Accordingly, a temperature just below this limit can be expected to produce the greatest stretch sensitivity. Therefore, this temperature is preferred for testing and processing. So is z. B. an alloy / of 22% aluminum and 78 * / · zinc superplastic up to a critical temperature of about 275 ° Q

Wenn die kritische Temperatur für die Superplastizität eines Materials überschritten wird, geht dieses Verhalten verloren und wird auch nicht wiedergewonnen, wenn das Material langsam auf eine Temperatur unterhalb der kritischen Temperatur abgekühlt wird, weil sich inzwischen die kristalline Struktur des Materials geändert hat. Diese Charakteristik wird bei der vorliegenden Erfindung ausgenutzt.If the critical temperature for the superplasticity of a material is exceeded, goes this behavior is lost and is not regained when the material is slowly raised to a temperature It is cooled below the critical temperature because the crystalline structure has now changed of the material has changed. This characteristic is used in the present invention.

In F i g. 1 sind die Grundschritte des erfindungsgemäßcn Verfahrens schematisch dargestellt. In einem ersten Schritt 12 wird eine Tafel Material bereitgestellt, die durch Erwärmen in den plastischen Zustand versetzt werden kann. Die Tafel 22 (F i g. 2) kann z. B. aus einem superplastischen Metall der oben beschriebenen Art bestehen. Sie weist eine im wesentlichen gleichmäßige Dicke auf. Im nächsten Schritt 14 wird das superplastische Verhalten der Tafel in gewissen Bereichen zerstört oder zumindest reduziert. Es ergibt sich ein bestimmtes Muster aus Bereichen, die Plastizität aufweisen, und Bereichen, die diese Plastizität nicht besitzen. Abhängig von der Verteilung dicker und dünner Bereiche in einem Prüfteil kann ein bestimmtes Muster bestimmt werden, und zwar mit Hilfe von parallelen Linien, mit denen dicke und dünne Bereiche festgelegt werden. Die Reduzierung der Plastizität in den gewünschten Bereichen kann z. B. durch lokale Überhitzung stattfinden. Wie oben erwähnt, zerstört die Überhitzung die Superplastizität von Metallen durch Veränderung der Materialstruktur.In Fig. 1 are the basic steps of the inventive Procedure shown schematically. In a first step 12 a sheet of material is provided, which can be brought into the plastic state by heating. The panel 22 (Fig. 2) can e.g. B. consist of a superplastic metal of the type described above. She has an im substantially uniform thickness. In the next step 14 the superplastic behavior of the Board destroyed or at least reduced in certain areas. A certain pattern emerges from it Areas that have plasticity and areas that do not have this plasticity. Depends on the Distribution of thick and thin areas in a test part, a certain pattern can be determined, with the help of parallel lines that define thick and thin areas. The reduction in plasticity in the desired areas can, for. B. take place by local overheating. As mentioned above, overheating destroys the superplasticity of metals through alteration the material structure.

In dem Schritt 16 (Fig. 1) wird die Tafel jetzt plastisch gemacht, d. h., sie wird auf die für die Plastizität kritische Temperatur gebracht. Diese Vorbereitung kommt natürlich nur in den Bereichen zur Wirkung, deren Plastizität nicht reduziert wurde. Im Schritt 18 erfolgt die Formgebung. Die Tafel 22 wird in eine Form 20 (Fig. 2) gelegt. Dieser Schritt kann vor oder nach dem Schritt 16 oder auch vor dem Schritt 14 erfolgen. Die Zugspannung wird auf die Materialtafel aufgebracht, indem man einen Druck einwirken läßt, um sie in enge Berührung mit der Oberfläche der Form zu bringen, die die zu erzeugende Oberflächengestalt aufweist. Bei dieser Formgebung behält der Teil der Tafel, in welchem die Superplastizität reduziert wurde, seine ursprünglicheIn step 16 (Fig. 1) the panel is now plasticized, i.e. i.e., it is being used for plasticity brought critical temperature. This preparation is of course only effective in the areas whose plasticity was not reduced. In step 18 the shaping takes place. The table 22 is placed in a mold 20 (Fig. 2). This step can take place before or after step 16 or also before step 14. The tensile stress is applied to the Applied by applying pressure to bring them into close contact with the sheet of material To bring the surface of the shape that has the surface shape to be generated. With this shape the part of the table in which the superplasticity has been reduced retains its original state

Dicke bei.Thickness at.

In Fig. 2 ist ein Gerät zur Ausführung der in Fig. 1 aufgezeichneten Schritte dargestellt. Die Form 20 ist mit einer Klammer 24 ausgerüstet. Flügelschrauben 26 klemmen die zu formende Tafel 22 zwischen der Oberseite der Form 20 und der KlammerIn Fig. 2 is a device for performing the in Fig. 1 shown steps recorded. Form 20 is equipped with a clamp 24. Wing screws 26 clamp the panel 22 to be formed between the top of the mold 20 and the bracket

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24 fest. Ein elektrisches Heizelement 28 an einem Tafel 22 zwischen der Oberseite der Form 20 und der Träger 30 ist in einer Führung 32 vertikal verschieb- Klammer 24 eingespannt worden ist, wird sie durch bar. Wenn die Tafel 22 auf der Oberseite der Form Heißluft auf Formtemperatur erhitzt. Die Tafel wird 20 befestigt ist, wird das Heizelement 28 abwärts be- dabei durch Überdruck von der pumpe 42' leicht verwegtj bis es den Bereich 34 der Tafel 22 berührt. Da- 5 formt und gelangt in innige Berührung mit der Unterdurch wird dieser Bereich"auf die Überhitzungstempe- seite des Heizblöckes 28'. Der Teil der Tafel 22, der ratur züni/Zerstören der Superplästizität gebrächt. mit dem Heizblock in Berührung steht, wird jetzt Die Unterfläche des Heizblockes 28 kann so ausgebil- über die kritische Temperatur hinaus erwärmt. Nachdet sein, daß nur ein ausgewählter Bereich überhitzt dem die gewünschte Temperatur in der Tafel 22 herwird. Zum Überhitzen muß natürlich eine Tempe- io gestellt ist, wird die Pumpe 42' umgeschaltet und ratur gewählt werden, die unterhalb des Schmelz- erzeugt dann einen Unterdruck im Hohlraum der punktes des verwendeten Materials liegt, und die Form 20, so daß dadurch die Tafel entsprechend der Heizzeit ist so zu wählen, daß ein Überhitzen der Um- Oberflächengestalt 21 gemäß obiger Beschreibung gegebung des Bereiches 34 vermieden wird. Wenn die formt werden kann. Die Anordnung der F i g. 6 hat Überhitzungstemperatur erreicht ist, wird der Bereich 15 den Vorteil, daß der Heizblock fest angebracht wer-34 an der Luft abgekühlt. Der Heizblock bewegt sich den kann und außer der Tafel 22 in den Formprozeß nach oben, und die ganze Tafel 22 wird durch nicht direkt keine weiteren beweglichen Teile einbezogen §24 fixed. An electrical heating element 28 on a panel 22 between the top of the mold 20 and the Carrier 30 is in a guide 32 vertically displaceable bracket 24 has been clamped, it is through bar. When the panel 22 on top of the mold heats hot air to mold temperature. The board will 20 is attached, the heating element 28 is moved slightly downwards by excess pressure from the pump 42 ' until it touches area 34 of panel 22. Da- 5 forms and comes into intimate contact with the underside this area "is on the overheating temperature side of the heating block 28 '. The part of the table 22, the ratur züni / Destroying the super plasticity needed. is in contact with the heating block will now The lower surface of the heating block 28 can thus be heated beyond the critical temperature. Nachdet be that only a selected area overheats that the desired temperature in the panel 22 is produced. For overheating, of course, a temperature must be set, the pump 42 'is switched over and temperature can be selected, which is below the melting point then creates a negative pressure in the cavity of the point of the material used is, and the form 20, so that thereby the board according to the The heating time is to be chosen so that overheating of the surrounding surface shape 21 as described above of the area 34 is avoided. If that can be shaped. The arrangement of the F i g. 6 has If the overheating temperature is reached, the area 15 has the advantage that the heating block is permanently attached cooled in the air. The heating block moves the can and except for the panel 22 in the molding process to the top, and the whole of panel 22 is not directly involved by any other moving parts §

dargestellte Einrichtungen auf die für die effektive sind. |facilities shown on those for which are effective. |

Plasticity brought critical temperature. On the ground The example described below was carried out with f

der Form 20 sind Bohrungen 38 vorgesehen, die durch ao einem Gerät entsprechend Fig. 6 ausgeführt. Eine einen Luftkanal 40 mit einer Pumpe 42 verbunden Tafel von 180 · 180 · 1,3 mm aus einer superplastisind. Durch Auspumpen wird eine Druckbelastung sehen Legierung, bestehend aus 22«/· Aluminium und auf die Tafel 22 zu deren Verformung aufgebracht. 78 %> Zink, wurde auf eine 80 mm tiefe Formmulde An Stelle eines Unterdruckes in der Form kann auch 21 gelegt, festgeklemmt und auf 270° C erwärmt. Ein ein Überdruck an die Oberfläche der Tafel 22 zu der as elektrisches Heizelement 28' mit einer Breite von Verformung angelegt werden. etwa 25 mm wurde auf eine Temperatur von 340° Cthe mold 20 is provided with bores 38 which are implemented by a device according to FIG. 6. One an air duct 40 connected to a pump 42 panel of 180 x 180 x 1.3 mm made of a superplastic material. By pumping out a pressure load will be seen, consisting of 22 "/ · aluminum and applied to the panel 22 to deform it. 78%> Zinc, was placed on a mold cavity 80 mm deep. Instead of a negative pressure in the mold, 21 can also be placed, clamped and heated to 270 ° C. A a positive pressure on the surface of the panel 22 to the electric heating element 28 'with a width of Deformation can be applied. about 25 mm was raised to a temperature of 340 ° C

Fig. 3 zeigt einen Querschnitt der trogartigen eingestellt. Dieses Heizelement wurde in einem Ab-Fonn 48, die durch ein Gerät nach Fi g. 2 hergestellt stand von etwa 25 mm über der Tafel fest angebracht, wurde. Ein Teil der vorbereiteten Materialtafel, aus An der Unterseite der Tafel wurde ein Überdruck der die in Fig. 3 gezeigte Form hergestellt wurde, ist 30 angelegt, so daß die Tafel in Berührung mit dem |Fig. 3 shows a cross section of the trough-like set. This heating element was made in an Ab-Fonn 48, which by a device according to Fi g. 2 was firmly attached about 25 mm above the board, would. Part of the prepared sheet of material, from An overprint was made on the underside of the sheet which has been made the shape shown in Fig. 3 is applied 30 so that the panel is in contact with the |

in Fig.4 vergrößert dargestellt In diesem Beispiel Heizelement gelangte. Die Temperatur wurde mit |shown enlarged in Fig.4 In this example heating element came. The temperature was set with |

bestand die Materialtafel aus einer Legierung aus Thermoelementen überwacht und die Tafel in Beriih-22°/o Aluminium und 78«/· Zink. Fig. 4 zeigt eine rung mit dem Heizelement gehalten, bis ein Bereich Rekonstruktion von Mikrophotographien der Mate- von ungefähr 25 · 50 mm auf eine Temperatur oberrialstruktur dieser Legierung vor der Verformung. 35 halb der kritischen Temperatur von 277° C erwärmt Der Bereich 44 zeigt eine feinkörnige Struktur, die war. Während dieser Zeit wurde der übrige Teil ]The material table consisted of an alloy of thermocouples monitored and the table in Beriih-22% Aluminum and 78 "/ · zinc. Fig. 4 shows a tion with the heating element held up a range Reconstruction of photomicrographs of the material of approximately 25 x 50 mm on a temperature upper surface structure this alloy before deformation. 35 half the critical temperature of 277 ° C The area 44 shows a fine grain structure that was. During this time the rest of the]

typisch für diese Legierung ist, wenn sie von einer durch Heißluft auf Fonntemperatur gehalten. Der Temperatur oberhalb von 275° C schnell abgekühlt Druck wurde dann reduziert und die Tafel durch wurde. Der Bereich 46 zeigt eine sehr unterschied- überdruck in der Formmulde in die gewünschte liehe Struktur desselben Materials, wenn dieses lang- 40 Form gebracht. Eine Untersuchung von Teilen des sam von einer Temperatur oberhalb von 275 C ab- verformten Teiles ergab, daß der Bereich, der übergekühlt wurde. Die erste gleichmäßige Tafeldicke hitzt worden war, seine ursprüngliche Dicke anist D. Aus Fig. 3 ist zu ersehen, daß diese Dicke in nähernd unverändert beibehalten hatte. Die übrige dem überhitzten und langsam abgekühlten Bereich 34 Tafel verformte sich erwartungsgemäß so, wie es zur (s. auch F i g. 2) aufrechterhalten wurde, der dem Be- 45 Ausbildung der Mulde erforderlich war.
reich 46 der F i g. 4 entspricht. F i g. 5 zeigt die Me- Dieses Beispiel zeigt, daß das beschriebene Verfah-It is typical of this alloy when it is kept at the fan temperature by means of hot air. The temperature quickly cooled above 275 ° C. Pressure was then reduced and the panel was turned through. The area 46 shows a very different overpressure in the mold cavity in the desired structure of the same material, if this is brought into shape. An examination of parts of the part deformed at a temperature above 275 ° C. showed that the area which was overcooled. The first uniform sheet thickness had been heated, its original thickness anist D. From Fig. 3 it can be seen that this thickness had remained almost unchanged. The remainder of the overheated and slowly cooled area 34 sheet deformed as expected, as it was maintained for (see also FIG. 2), which was necessary for the formation of the trough.
rich 46 of the fig. 4 corresponds. F i g. 5 shows the Me- This example shows that the method described

tallstruktur der Bodenwandung der Form 48 der ren gut dazu geeignet ist, die Dicke von Wandungen F i g. 3 in vergrößertem Maßstab, worin die Bereiche verformter Teile, die aus superplastischem Material 44' und 46' den Bereichen 44 und 46 der Fi g. 4 ent- hergestellt werden, zu beeinflussen. Durch Steuern Sprechen. Daraus geht hervor, daß die Metallstruktur 5« der Temperatur und der Zeit der Überhitzung läßt durch die Verformung im SberMtzten Bereich 4ff sich die Superplastizjtät verändern and in einem ausnicht verändert wurde, während eine Beanspruchung gewählten Bereich ausschalten. So kann ein Bereich der Struktur im Bereich 44' zn verzeichnen ist. entweder teilweise oder vollkommen von der Ver-The tall structure of the bottom wall of the mold 48 is well suited to the thickness of walls F i g. 3, on an enlarged scale, wherein the areas of deformed parts made of superplastic material 44 'and 46' correspond to areas 44 and 46 of FIGS. 4 can be produced to influence. Speak through taxes. It can be seen from this that the metal structure changes the superplasticity due to the deformation in the overheated area 4ff , and was not changed in one of the areas selected, while a stress is eliminated. An area of the structure can thus be identified in the area 44 'zn. either partially or completely from the

F ig. 6 zeigt ein ähnliches Gerät wie F ig. 2, jedoch formung ausgeschlossen werden. Das Verfahren kann Ist hier der Heizblock nicht beweglich angeordnet. 5s außerdem zur Ausbildung von Fonnbereichen ver-Entsprechende TeBe and in Fig.6 nut denselben wendet werden, die nachträglich zn Halterungen, Nummern bezeichnet wie in Fig. 2 und geänderte Lagern oder Grundteflen ansgebildet werden.
Teile zusätzlich mit einem Strich an der Nommerver- In Fig. 7 ist ein weiteres Gerät zur Ausführung desFig. 6 shows a device similar to FIG. 2, however, formation can be excluded. The method can be If the heating block is not arranged to be movable here. 5s in addition to the formation of shape areas corresponding TeBe and in Fig. 6 only the same are used, which are subsequently formed for brackets, numbers denoted as in Fig. 2 and changed bearings or basic elements.
Parts additionally with a line on the nommerver- In Fig. 7 is another device for the execution of the

sehen worden. Verfahrens gezeigL Diese Variante des Gerätes nutztbeen seen. The method shown uses this variant of the device

Der Heizblock 28" ist in einem festen Abstand von Se die Notwendigkeit, bei der Vorbereitung von superder Oberfläche der Tafel 22 angeordnet, wenn diese plastischen Metallen für die superplastische Verforzwischen der Klammer 24 and der Oberseite der mung das erwärmte Material schnell von einer Tem-Form20 eingespannt ist. Die enge Berührung des peratur oberhalb der kritischen Temperatur auf Form- ^: The heating block 28 "is placed at a fixed distance from the need in the preparation of the surface of the panel 22 when these plastic metals for the superplastic deformation between the bracket 24 at the top of the mung the heated material quickly from a tem-mold20 The close contact of the temperature above the critical temperature on form ^:

The heating blocks 28 * with the panel 22 should be quenched at this temperature. This quick quenching [ Example by applying a pressure to the lower 65 suppresses a transformation that is normal- %

seite der Tafel 22. Zn diesem Zweck kann die Pumpe weise bei der kritischen Temperatur auftritt für erne fpage of table 22. For this purpose, the pump can wisely occur at the critical temperature for erne f

42'wahlweise auf Über-oder Unterdruck im Hohl- legierung aus 22«/· Aluminium nnd 78«/« Zink _t 42 'optionally to overpressure or underpressure in the hollow alloy of 22 "/ · aluminum and 78" / "zinc _t

raum der Form umgeschaltet werden. Nachdem die 278' ¹C. Bei der erneuten Erwärmung auf cine Tem-space of the form can be switched. After the 278 ^'1 C. When reheating on cine tem-

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7 8I 959 999
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peratur unmittelbar unter der für die Superpiastizität men 64 und 66 mit den Blöcken 60 und 62 und der kritischen Grenze wird das Material wieder super- Tafel 72 in die Kühlflüssigkeit 78 eingetaucht, woplastisch. Wenn die Abschreckung nicht schnell durch die Teile der Tafel 72 schnell abgeschreckt genug erfolgt, die Temperatur der gesamten Metall- werden, die mit der Kühlflüssigkeit in direkte Berühmasse z. B. auf Raumtemperatur innerhalb von 5 bis 5 rung kommen, während die Teile der Tafel, die mit 15 Sekunden absinkt, so sind die Metallteile, die nicht den Heizblöcken 60 und 62 in Berührung stehen, richtig abgeschreckt wurden, weniger superplastisch wesentlich langsamer abgekühlt werden. Demzufolge als die übrigen Teile der abgeschreckten Materialtafel. wird in den zuletzt genannten Teilen das super-Dieses Verhalten des Materials wird bei der vorlie- plastische Verhalten vernichtet oder reduziert und in genden Ausführungsart des Verfahrens ausgenutzt, to den durch die Kühlflüssigkeit direkt abgekühlten Teiindem man die Abschreckgeschwindigkeit verändert len aufrechterhalten. Die Tafel 72 wird nachfolgend und dadurch dicke und dünne Bereiche in einem genauso verformt, wie es in Verbindung mit den Formkörper erzielen kann, der aus einem super- F i g. 2 und 6 entsprechend den Schritten 16 und 18 plastischen Material hergestellt ist. Durch die Stärke der Fig. 1 beschrieben wurde,
oder Schwäche der Abschreckung läßt sich die Su- 15 In den F i g. 8 und 9 ist eine weitere Möglichkeit perplastizitäi in örtlich begrenzten Bereichen steuern. zur wahlweisen Reduzierung oder Zerstörung der Die Vorbereitung einer Mctaüiafcl durch lokal ge- ursprünglichen Superpiastizität in einer Materiaitafei wählte Abschreckung wird nicht gestört durch eine entsprechend der vorliegenden Erfindung gezeigt. Bei Rolltechnik zur Reduzierung der Verformungszeit, dieser Modifikation wird die Tatsache ausgenutzt, wie sie in einer anderen Patentschrift beschrieben ist. ao daß ein superplastisches Material in seinem super-Das in F i g. 7 gezeigte Gerät dient nur der stellen- plastischen Verhalten verändert werden kann, wenn weisen Abschreckung einer Metalltafel mit super- es mit einem anderen geeigneten Metafl durchsetzt plastischem Verhalten. Für die eigentliche Verfor- wird. Die Superpiastizität einer Legierung aus 22«/o mung ist ein Formteil wie die in den Fig. 2 oder 6 Aluminium und 78°/o Zink wird z. B. durch einen gezeigte Form 20 erforderlich. Das in Fig. 7 gezeigte as entsprechend starken Kupferzusatz reduziert. Fig. 8 Gerät besteht aus zwei festen Metallblöcken 60 und zeigt eine Tafel 82 einer derartigen Aluminium-Zink 62, die mit einem zweiteiligen Rahmen 64 und 66 mit Legierung, die in einem ausgewählten Teil mit einer Scharnier 68 verbunden sind. Eine am Teil 66 des Kupferschicht 84 elektroplattiert ist. Gemäß Fig.·) Rahmens befestigte Feder 70 drückt die Blöcke 60 wird die Tafel 82 während eines bestimmten Zeit- und 62 gegeneinander. Dazwischen wird die Tafel 72 30 raumes auf einer höheren Temperatur gehalten, so aus dem zu verformenden Material angeordnet. Die daß Kupfer in die Tafel 82 hineindiffundiert. Die Dif-Oberflächcn der Blöcke 60 und 62, die mit der Tafel fusion als solche ist bekannt z. B. durch J. E. Hin-72 in Berührung stehen, tragen dasselbe Muster wie kel, »Diffusion of Copper into Zn-Al to Increase der Teil der Tafel, in welchem die Superpiastizität Hardness«, IBM Technical Disclosure Bulletin, unerwünscht ist. Zwei elektrische Heizelemente 74 35 Vol. 10, Nr. 12, Mai 1968, S. 1864. In dem mit und 76 werden in innige Berührung mit der Außen- Kupfer diffundierten Teil der Tafel 182 wird die scitc der Rahmen 64 und 66 neben den Blöcken 60 Superpiastizität reduziert.temperature immediately below that for the superpasticity men 64 and 66 with the blocks 60 and 62 and the critical limit, the material is immersed again super-table 72 in the cooling liquid 78, thermoplastic. If the quenching is not quenched quickly enough by the parts of the panel 72, the temperature of all of the metal that is in direct contact with the coolant e.g. B. come to room temperature within 5 to 5 tion, while the parts of the board that sinks with 15 seconds, so the metal parts that are not in contact with the heating blocks 60 and 62 were properly quenched, are less superplastically cooled much more slowly . Hence as the remaining parts of the quenched sheet of material. This behavior of the material is destroyed or reduced in the case of the plastic behavior and is used in the lowering embodiment of the process to maintain the parts cooled directly by the cooling liquid by changing the quenching speed. The panel 72 is subsequently deformed and thereby thick and thin areas in exactly the same way as can be achieved in connection with the molded body, which consists of a super fig. 2 and 6 according to steps 16 and 18 plastic material is produced. Has been described by the strength of Fig. 1,
or weakness in deterrence, the Su- 15 In Figs. 8 and 9 is another possibility to control perplexity in localized areas. for the optional reduction or destruction of the deterrence chosen by locally original superpasticity in a materiaitafei is shown not interfered with by one according to the present invention. In the rolling technique to reduce the deformation time, this modification takes advantage of the fact as it is described in another patent. ao that a superplastic material in its super-Das in FIG. 7 device shown serves only the places- plastic behavior can be changed if deterring a metal plate with super- it interspersed with another suitable metafl plastic behavior. For the actual de- will. The super-plasticity of an alloy of 22% mung is a molded part like that in FIGS. 2 or 6 aluminum and 78% zinc is e.g. B. by a shown form 20 required. The as shown in FIG. 7 is reduced by a correspondingly strong addition of copper. Fig. 8 consists of two solid metal blocks 60 and shows a panel 82 of such aluminum-zinc 62, which is connected to a two-part frame 64 and 66 with alloy, which are connected in a selected part by a hinge 68. One on part 66 of the copper layer 84 is electroplated. According to Fig. ·) Frame attached spring 70 presses the blocks 60, the panel 82 during a certain time and 62 against each other. In between, the panel 72 is kept at a higher temperature in space, so made of the material to be deformed. That copper diffuses into the panel 82. The Dif surface of blocks 60 and 62 which merge with the panel as such is known e.g. B. are in contact by JE Hin-72, bear the same pattern as kel, "Diffusion of Copper into Zn-Al to Increase the part of the table in which the superpasticity hardness", IBM Technical Disclosure Bulletin, is undesirable. Two electrical heating elements 74 35 Vol. 10, No. 12, May 1968, p. 1864. In the with and 76 are in intimate contact with the outer copper diffused part of the panel 182 is the scitc of the frames 64 and 66 next to the blocks 60 superpasticity reduced.

und 62 gebracht. Auf diese Weise werden die Blöcke Das oben beschriebene Verfahren läßt sich genausoand brought 62. In this way the blocks are The procedure described above can be used in the same way

60 und 62 auf eine Temperatur oberhalb der für die gut auf nichtmetallische Materialien, wie z. B. ther-Superplastizität der Materialtafel kritischen Tcmpe- 40 moplastische Polymere und ähnliche Materialien, an-60 and 62 to a temperature above that for the good on non-metallic materials, such as. B. ther superplasticity of the material table critical Tcmpe- 40 thermoplastic polymers and similar materials,

ratur angeheizt. In einem gewissen Zeitabschnitt wenden, die eine genügende Plastizität aufweisen,temperature. Turn in a certain period of time that have sufficient plasticity,

nimmt die ganze Tafel 72 dieselbe Temperatur an wie Die Beeinflussung der Superpiastizität von Polymerenthe entire table 72 assumes the same temperature as The Influence on the Superplasticity of Polymers

die Blöcke 60 und 62. Ein Tank 80 enthält eine Kühl- ist allgemein bekannt und läßt sich gleichfalls imblocks 60 and 62. A tank 80 containing a cooling system is well known and can also be used in the

flüssigkeit 78. Nachdem die Tafel 72 nun die ge- Rahmen der Erfindung zur Reduzierung oder Zerwünschtc Temperatur erreicht hat, werden die Rah 45 Störung dieses Materialverhaltens anwenden.fluid 78. Now that the panel 72 is within the scope of the invention for reducing or undesirable c Temperature has reached, the Rah 45 will apply disruption of this material behavior.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

L method of treatment to be deformed Superplastic metafile plates are easy to find not supeiplasfischeni metal that before the deformation process outside or the shape on the deformation «Nd the Defonnationskrait laid out wildly, the one Stretching or Döfojanieren the material causes and the material to the compBziei * shaped surface Pressing Rome A more comprehensive account of these processes is in the article "Thermoforming Today" by Lowell L-Scheiner, Plastics "Technology, B. 10, No. 8, August 1964, pp. 45 to 56,

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required temperature are brought, characterized in that only at selected Beiekhm the sinieiplastisehen metal

l d ih ltih Mtll Kf i

p uperplastih a p a

diirundieit wild.

2. The method according spoke 1, characterized in that that the metal plate on the Stefien, the thickness of which is to be preserved, is of priority in terms of time was heated to a higher temperature.

3. The method according to claims 1 and 2, characterized in that each metal plate is in a pneumatic or hydraulic die (20) is used that by pressure on one side of the metal plate (22) this with heating elements to heat the selected points (28) is brought into contact and that on it Pressure on the other hand the metal plate (20) is pressed against the mold.

4. The method according to claim 3, characterized in that the overall upper surface of the superplastic Metal plate (22) is first brought to a higher temperature and then afterwards selected areas on the superplastic metal plate are quenched so that the temperature at the selected locations is different in relation to the other locations is cooled quickly, and that then the plate the actual molding process in the mold is subjected.