DE19813176A1 - Composite material component, especially an optionally foamable die cast metal matrix composite component, is produced - Google Patents
Composite material component, especially an optionally foamable die cast metal matrix composite component, is producedInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Verbundwerkstoffbauteilen.The invention relates to a method for producing composite material components.
Verfahren nach denen ein Verbundwerkstoff, bestehend aus einer Metallmatrix mit darin dispergierten Pulverteilchen desselben oder eines anderen Materials, hergestellt wird, sind bekannt. Dazu gehört das Einrühren von Pulverpartikel in Metallschmelzen, das Sprühkompaktieren, das Infiltrieren und das Verpressen von Pulvermischungen.Process according to which a composite material consisting of a metal matrix powder particles of the same or a different material dispersed therein are known. This includes stirring powder particles into molten metal, spray compacting, infiltrating and pressing powder mixtures.
Beim Einrühren von Pulverpartikeln in Metallschmelzen werden vorwiegend keramische Partikel wie z. B. Aluminiumoxid oder Siliciumcarbid verwendet, die sich in der Metallschmelze z. B. Aluminium auch nach längeren Zeiten nicht auflösen und durch den Rührvorgang homogen verteilt werden. Die Weiterverarbeitung erfolgt anschließend durch unterschiedliche Gießverfahren.When powder particles are stirred into metal melts, mainly ceramic ones become Particles such as B. alumina or silicon carbide, which is in the Molten metal z. B. Do not dissolve aluminum even after long periods of time the stirring process can be distributed homogeneously. Further processing takes place then by different casting processes.
Beim Sprühkompaktieren wird eine flüssige Schmelze verdüst und in den Sprühstrahl können zur Herstellung von Verbundwerkstoffen zusätzlich Pulverpartikel injiziert werden. Es entsteht ein Verbundwerkstoff relativ hoher Dichte, der durch weitere Arbeitsschritte wie z. B. Strangpressen zum Bauteil weiterverarbeitet werden kann. Durch die hohe Prozeßgeschwindigkeit können auch nichtkeramische Pulverpartikel wie z. B. Silicium injiziert werden. Es müssen dann weitere Fertigungsschritte bis hin zum Bauteil angeschlossen werden.When spray compacting, a liquid melt is atomized and into the spray jet can also inject powder particles to produce composite materials become. A composite material of relatively high density is created, which is further Steps such as B. extrusion can be processed to the component. Due to the high process speed, non-ceramic powder particles such as e.g. B. silicon can be injected. Then further manufacturing steps up to Component are connected.
Beim Infiltrieren werden in der Regel vorverdichtete Pulver-, Faser- oder Geflechtstrukturen mit einer Metallschmelze infiltriert. Der Infiltrationsprozeß kann bei Überdruck als auch bei Unterdruck erfolgen.When infiltrating, usually pre-compressed powder, fiber or Mesh structures infiltrated with a molten metal. The infiltration process can Overpressure as well as underpressure.
Das Verpressen von Pulvermischungen erfolgt u. a. durch axiales Pressen oder Strangpressen. Da beim Pressen keine schmelzflüssige Phase auftritt, können mit diesem Verfahren leicht Verbundwerkstoffe bestehend aus unterschiedlichsten Pulverkomponenten hergestellt werden. Je nach gewähltem Werkstoff müssen die Presslinge anschließend noch gesintert werden. Dieses Verfahren wird eingesetzt u. a. zur Herstellung von Hartmetallen, verschleiß- und hochfesten Verbundwerkstoffen, Gleitlagerwerkstoffen aber auch zur Herstellung des Ausgangsmaterials zum Schäumen von Metallen.The pressing of powder mixtures takes place u. a. by axial pressing or Extrusion. Since there is no molten phase during pressing, you can use this Process easily composite materials consisting of different Powder components are manufactured. Depending on the material selected, the Pellets are then sintered. This method is used u. a. for the production of hard metals, wear-resistant and high-strength composite materials, Plain bearing materials but also for the production of the starting material for foaming of metals.
Verfahren, die zur Herstellung von Metallschäumen eingesetzt werden, sind in folgenden Schriften beschrieben:Methods that are used for the production of metal foams are in described the following writings:
In PCT/N090/0015, (WO91/01387) und US 4973358 ist der Ausgangspunkt zur Herstellung von Aluminiumschaum eine partikelverstärkte MMC-Aluminiumschmelze (z. B. SiC oder Al2O3) in die mit Hilfe eines rotierenden Impellers ein Gas eingeblasen wird. Der sich auf der Schmelze bildende Schaum kann mit Hilfe einer Fördervorrichtung von der Schmelze abgezogen werden. Es entsteht ein plattenförmiges Material. Es können nur plattenförmige Schaumteile hergestellt werden.In PCT / N090 / 0015, (WO91 / 01387) and US 4973358 the starting point for the production of aluminum foam is a particle-reinforced MMC aluminum melt (e.g. SiC or Al 2 O 3 ) into which a gas is blown using a rotating impeller . The foam that forms on the melt can be removed from the melt with the aid of a conveying device. A plate-shaped material is created. Only plate-shaped foam parts can be produced.
In EPO 210 803 A1 ist der Ausgangspunkt zur Herstellung von Alurbiniumschaum eine Aluminiumschmelze, in die unter Rühren zunächst viskositätserhöhende Zusätze (z. B. Na, Ca) und anschließend ein Treibmittel eingebracht wird. In einer Kokille expandiert die Metallschmelze durch die Wirkung des Treibmittels und es entsteht bei Abkühlung ein Schaumblock. Es können nach diesem Verfahren lediglich einfache Strukturbauteile hergestellt werden.In EPO 210 803 A1 the starting point for the production of alurbinium foam is one Aluminum melt, into which additives that initially increase viscosity (e.g. Na, Ca) and then a blowing agent is introduced. Expanded in a mold the metal melt due to the action of the blowing agent and it forms when it cools down a foam block. Only simple structural components can be made using this method getting produced.
Die Patente DE 40 18 360; DE 41 01 630; DE 41 24 591; DE 44 26 627 und DE 44 24 157 beschreiben ein Verfahren, bei denen handelsübliche Metallpulver mit einem ebenfalls pulverförmigen Treibmittel vermischt werden. Anschließend wird diese Pulvermischung zu einem festen, wenig porösen aufschäumbaren Halbzeug verarbeitet. Hierbei können unterschiedliche Kompaktierungsverfahren wie z. B. Strangpressen oder Heißpressen eingesetzt werden. Dieses Verfahren unterscheidet sich von der hier beschriebenen Erfindung durch die andere Herstellungsweise des aufschäumbaren Halbzeuges. Nachteilig gegenüber dem neuen Verfahren ist, daß das Halbzeug durch den Verdichtungsprozeß eine Zeiligkeit erfahren kann und daß häufig weitere mechanische Bearbeitungsprozesse am Halbzeug notwendig sind, um komplexere Schaumbauteile herstellen zu können. Gerade in der Massenfertigung ist hier ein Nachteil zu sehen. Des weiteren können Sandwichbauteile nur mit weiteren Verfahrensschritten wie Walzen und Plattieren hergestellt werden. 3-dimensionale Strukturen sind häufig nur durch weitere Umformschritte am schäumbaren Halbzeug herstellbar.The patents DE 40 18 360; DE 41 01 630; DE 41 24 591; DE 44 26 627 and DE 44 24 157 describe a process in which commercially available metal powder with a Powdery blowing agents are also mixed. Then this Powder mixture processed into a solid, less porous foamable semi-finished product. Here different compaction methods such. B. extrusion or Hot presses are used. This procedure differs from the one here described invention by the other manufacturing method of the foamable Semi-finished product. A disadvantage of the new process is that the semi-finished product the compression process can experience a delicacy and that often more mechanical processing processes on the semi-finished product are necessary to make more complex To be able to manufacture foam components. Especially in mass production there is one To see disadvantage. Furthermore, sandwich components can only be used with others Process steps such as rolling and plating are produced. 3-dimensional Structures are often only possible through further forming steps on the foamable semi-finished product producible.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde Verbundwerkstoffbauteile herzustellen, bei denen in einer Metallmatrix pulverförmige Partikel vorliegen.The object of the invention is to produce composite components which have powdery particles in a metal matrix.
Diese Aufgabe ist durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Danach wird in eine Metallschmelze pulverförmiges Material eingebracht und diese Mischung anschließend einem Formwerkzeug in dem das Bauteil hergestellt wird, zugeführt, wobei die Geschwindigkeit des Herstellungsprozesses, d. h. die Geschwindigkeit des gesamten Misch-Formgebungs- und Erstarrungsvorganges so hoch ist, daß die Pulverpartikel des zugegebenen pulverförmigen Materials weitgehend unter Beibehaltung ihrer ursprünglichen Struktur und Eigenschaften in der Metallmatrix eingelagert werden. Nach diesem Verfahren wird also ein Bauteil erhalten, bei dem Pulverpartikel, gleich welcher Art, ohne wesentliche Veränderung ihrer Struktur und Eigenschaften vorliegen. Der gesamte Herstellungsprozeß verläuft so schnell, daß das Bauteil geformt wird und anschließend erstarrt, ohne daß die Pulverpartikel Zeit haben, ihre Struktur oder Eigenschaften wesentlich zu ändern. Das pulverförmige Material kann ein Metallpulver sein. In diesem Fall, z. B. bei Zugabe von Aluminium, Magnesium oder Zinkpulver zu einer Aluminiumschmelze schmelzen die zugegebenen Metallpulver während des Herstellungsvorganges des Bauteils, in Abhängigkeit von der gewählten Pulvergröße, nur an d. h. sie lösen sich nicht vollständig auf und nach dem Erstarren des Bauteils liegen in einer Aluminiummatrix fest eingelagerte Partikel vor. Bei Zugabe von Silicium-Pulver-Partikeln zu einer Aluminiumschmelze, z. B. schmilzt das Silicium während des Herstellungsvorganges des Bauteiles nicht und nach dem Erstarren des Bauteiles liegen in einer Aluminiummatrix fein verteilte Silicium-Partikel vor. Derselbe Sachverhalt trifft zu, wenn das pulverförmige Material aus einem Treibmittelpulver besteht. Nach der Einmischung des Treibmittelpulvers in die Metallschmelze wird der Herstellungsvorgang des Bauteiles so schnell durchgeführt, daß die Treibmittelpulverpartikel sich nicht zersetzen können und in dem Bauteil gasdicht eingeschlossen bleiben. Dadurch werden Bauteile hergestellt, die in einem weiteren Schritt des Aufschäumens durch Erwärmen auf eine Temperatur, die höher ist als die Zersetzungstemperatur des in der Metallmatrix eingeschlossenen Treibmittels, aufgeschäumt werden und dadurch ihre endgültige Form erreichen. Werden in eine Metallschmelze pulverförmige Keramikpartikel eingebracht, so ist die Struktur des fertigen Verbundwerkstoffbauteiles so, daß in einer Metallmatrix Keramik-Pulverpartikel vorliegen. Eine Kombination von unterschiedlichsten Pulvermischungen wie z. B. eine Mischung aus Keramikpulvern, Metallpulvern, Silicium, Kohlenstoff und Treibmittelpulver ist je nach Anwendungsfall einsetzbar.This object is achieved by the invention specified in claim 1. After that powdered material is introduced into a molten metal and this mixture then fed to a mold in which the component is manufactured, the speed of the manufacturing process, i.e. H. the speed of the entire mixing, shaping and solidification process is so high that the Powder particles of the added powdery material largely below Maintaining their original structure and properties in the metal matrix be stored. According to this method, a component is obtained in which Powder particles, of any kind, without significantly changing their structure and Properties are present. The entire manufacturing process is so fast that Component is molded and then solidified without the powder particles having time change their structure or properties significantly. The powdery material can be a metal powder. In this case, e.g. B. with the addition of aluminum, magnesium or Zinc powder to melt aluminum melt the added metal powder during the manufacturing process of the component, depending on the selected one Powder size, only on d. H. they do not dissolve completely and after the solidification of the Particles are firmly embedded in an aluminum matrix. When adding Silicon powder particles to form an aluminum melt, e.g. B. melts the silicon during of the manufacturing process of the component and not after the component has solidified there are finely divided silicon particles in an aluminum matrix. The same thing applies if the powdered material consists of a blowing agent powder. After the mixing of the blowing agent powder in the molten metal Manufacturing process of the component carried out so quickly that the Propellant powder particles cannot decompose and are gas-tight in the component stay trapped. This produces components that are used in another Step of foaming by heating to a temperature higher than that Decomposition temperature of the blowing agent enclosed in the metal matrix, be foamed and thereby achieve their final shape. Become a Metal melt powdered ceramic particles introduced, so is the structure of the finished composite component so that ceramic powder particles in a metal matrix available. A combination of different powder mixtures such as Legs Mixture of ceramic powders, metal powders, silicon, carbon and Propellant powder can be used depending on the application.
Besonders geeignet zur Herstellung solcher Verbundwerkstoffbauteile ist das Druckgußverfahren unter Pulverzufuhr. Dieses Verfahren ist besonders günstig, da die Einbringung der Pulverpartikel in die Metallschmelze direkt im Angußkanal durch Vermischung der Komponenten erfolgen kann und durch den Einspritzvorgang in das Formwerkzeug die Vermischung besonders effektiv ist. Das Einbringen des pulverförmigen Materials und die Herstellung des Bauteiles im Formwerkzeug geschieht demnach in einem Schritt, wodurch der Herstellungsvorgang sehr schnell abgeschlossen werden kann. Der Vorgang wird so schnell abgeschlossen, daß die in die Schmelze eingebrachten Partikel sich nicht oder nur teilweise zersetzen (Treibmittelpulver), schmelzen oder auflösen (Metallpulver, Keramikpulver). Nach diesem Verfahren können direkt 3-dimensionale Verbundbauteile hergestellt werden, die z. B. im Falle der Zugabe des Treibmittelpulvers in einem späteren Schritt des Aufschäumens lediglich durch Erwärmung auf ihre endgültige Form gebracht werden können. Bei Bauteilen, die kein Treibmittel enthalten, erhält in diesem Verfahren hergestelltes Verbundwerkstoffbauteil seine endgültige Form.This is particularly suitable for the production of such composite components Die casting process with powder feed. This method is particularly favorable because the Introducing the powder particles into the molten metal directly in the sprue Mixing of the components can take place and through the injection process in the Molding tool the mixing is particularly effective. The introduction of the powdery material and the production of the component happens in the mold accordingly in one step, whereby the manufacturing process is completed very quickly can be. The process is completed so quickly that the melt introduced particles do not or only partially decompose (propellant powder), melt or dissolve (metal powder, ceramic powder). After this procedure you can directly 3-dimensional composite components are manufactured, which, for. B. in the case of addition of the blowing agent powder only in a later step of foaming Warming can be brought to its final form. For components that do not Containing blowing agent, receives composite material produced in this process its final form.
Bei aufschäumbaren Verbundwerkstoffbauteilen können diese verschiedene Einlegeteile aufweisen wie z. B. aus Stahl oder Aluminium. Wenn der Schmelzpunkt des Einlegeteiles höher als die Schäumtemperatur ist, bleibt das Einlegeteil beim anschließenden Schäumprozeß erhalten und kann konstruktiv zur Verbesserung der Eigenschaften des Schaumes dienen. Auch verschiedene Befestigungselemente und andere Konstruktionselemente können auf diese Weise in ein Metallschaumteil integriert werden. Auch die Herstellung von 2- und 3-dimensional geformten Sandwichstrukturen sind nach diesem Verfahren realisierbar, da die hergestellten Bauteile eine 3- dimensionale Struktur aufweisen (Bild 3). Für die Herstellung der aufschäumbaren Verbundwerkstoffbauteile sind auch weitere Verfahren wie Walz-, Draht-, Band- oder Stranggießverfahren geeignet. Das Walzgießverfahren ist in Bild 6 dargestellt.In the case of foamable composite material components, these can have various inserts such as, for. B. made of steel or aluminum. If the melting point of the insert is higher than the foaming temperature, the insert is retained in the subsequent foaming process and can be used constructively to improve the properties of the foam. Various fastening elements and other construction elements can also be integrated into a metal foam part in this way. The production of 2- and 3-dimensionally shaped sandwich structures can also be realized using this method, since the components produced have a 3-dimensional structure ( Figure 3). Other processes such as rolling, wire, strip or continuous casting processes are also suitable for the production of the foamable composite material components. The roll casting process is shown in Figure 6.
Zur Herstelllung von Bauteilen nach dem beschriebenen Verfahren sind als Matrixlegierung grundsätzlich alle Metalle und deren Metalllegierungen geeignet, u. a. Aluminium, Magnesium, Titan, Eisen, Nickel, Lithium, Mangan, Kupfer, Zink, Silber, Gold und Blei. Es können grundsätzlich alle pulverförmigen Stoffe als Pulvermaterial eingesetzt werden, in Abhängigkeit von den Anforderungen, die an das fertige Bauteil gestellt werden. Als Treibmittel können alle Stoffe eingesetzt werden, vorzugsweise gasabspaltende Treibmittel wie z. B. Hydride, Carbonate, Hydrate, pulverisierte organische Substanzen, Stickstoffverbindungen (z. B. Nitride), Hydroxide, Hydrogencarbonate oder Mischungen reduzierenden Stoffen mit Oxiden wie z. B. SiO2+C.In principle, all metals and their metal alloys are suitable as matrix alloys for producing components using the described method, including aluminum, magnesium, titanium, iron, nickel, lithium, manganese, copper, zinc, silver, gold and lead. Basically, all powdery substances can be used as powder material, depending on the requirements placed on the finished component. All substances can be used as blowing agents, preferably gas-releasing blowing agents such as, for. B. hydrides, carbonates, hydrates, pulverized organic substances, nitrogen compounds (z. B. Nitride), hydroxides, hydrogen carbonates or mixtures of reducing substances with oxides such. B. SiO 2 + C.
Der Mischvorgang mit dem pulverförmigen Material kann im flüssigen bzw. teilflüssigen Zustand der Metallschmelze stattfinden. Die Mischzeit und die Erstarrungszeit der Schmelze müssen der Zersetzungsgeschwindigkeit des Treibmittels bzw. der Schmelzgeschwindigkeit der zugegebenen Pulverpartikel (z. B. Metallpulver) angepaßt werden. Die Korngröße der zugeführten Pulverpartikel ist ebenfalls ein wichtiger Verfahrensparameter. Während der Misch- und Erstarrungszeit der Schmelze werden die Pulverpartikel von Schmelze umgeben, verteilt und eingelagert. Die Zersetzungstemperatur des Treibmittels bzw. die Schmelztemperatur des zugegebenen metallischen Pulvers kann hierbei auch deutlich unter dem Schmelzpunkt der gewählten Metalllegierung liegen, sofern der Misch- und Erstarrungsprozeß mit ausreichender Geschwindigkeit abläuft. Nach der Erstarrung des so hergestellten Bauteiles entsteht ein Verbundwerkstoff aus Metall bzw. Metallegierung, in der die pulverförmigen Teilchen eingeschlossen vorliegen. Es entsteht ein gasdichter Gußkörper, was im Falle des Einsatzes eines Treibmittels von wesentlicher Bedeutung für den anschließenden Aufschäumprozeß ist.The mixing process with the powdery material can be in liquid or partially liquid Condition of the molten metal take place. The mixing time and the setting time of the Melt must the rate of decomposition of the blowing agent or Adjusted melting speed of the added powder particles (e.g. metal powder) become. The grain size of the powder particles supplied is also an important one Process parameters. During the mixing and solidification time of the melt the powder particles are surrounded by melt, distributed and stored. The Decomposition temperature of the blowing agent or the melting temperature of the added metallic powder can also be well below the melting point of the chosen one Metal alloy are provided that the mixing and solidification process with sufficient Speed expires. After the solidification of the component produced in this way, a Composite material made of metal or metal alloy, in which the powdery particles included included. A gas-tight cast body is created, which in the case of the Use of a blowing agent essential for the subsequent Is foaming process.
Die Vermischung von Metallschmelze und pulverförmigem Material kann auf unterschiedliche Weise erfolgen. Die Schmelze kann entweder vor dem Gießprozeß mit dem pulverförmigen Material vermischt werden oder beim Gießprozeß mit dem Pulver vermischt werden. Auch eine Vermischung direkt in einer Gießform ist möglich. Wesentlich bei dem Einbringen des pulverförmigen Materials in die Metallschmelze ist die homogene Durchmischung und Verteilung des Treibmittels in der Metallschmelze. Eine gute Verteilung ist z. B. dadurch erzielbar, daß das pulverförmige Material als Pulverschüttung in den Gießkanal, im Anguß einer Druckform oder in der Druckgußform eingebracht wird (Bild 1). Abhängig von der gewünschten Form des Verbundwerkstoffbauteiles kann die in den Gießkanal oder Gießform eintretende Schmelze so geführt werden, daß das pulverförmige Material vollständig von der Schmelze aufgenommen und in derselben verteilt wird. Bei Verwendung speziell konstruierter Druckgußformen können durch die Verwendung von Formnestern gleich mehrere Verbundwerkstoffbauteile in einem Gießvorgang hergestellt werden.The mixing of molten metal and powdery material can be done in different ways. The melt can either be mixed with the powdery material prior to the casting process or mixed with the powder during the casting process. Mixing directly in a casting mold is also possible. The homogeneous mixing and distribution of the blowing agent in the molten metal is essential when introducing the powdered material into the molten metal. A good distribution is e.g. B. can be achieved in that the powdery material is introduced as a powder bed in the pouring channel, in the sprue of a printing form or in the pressure casting mold ( Figure 1). Depending on the desired shape of the composite component, the melt entering the casting channel or casting mold can be guided in such a way that the powdery material is completely absorbed by the melt and distributed in it. When using specially designed die casting molds, several composite material components can be manufactured in one casting process by using mold nests.
Zur Herstellung spezieller Legierungen beim Gießprozeß, zur Verbesserung des
Schäumverhaltens des Halbzeuges und zur Erhöhung der Abkühlgeschwindigkeit
können dem Treibmittel schon vor dem Gießprozeß noch weitere pulverförmige
Komponenten zugemischt werden. Das sind z. B.
In order to produce special alloys in the casting process, to improve the foaming behavior of the semi-finished product and to increase the cooling rate, other powdery components can be added to the blowing agent before the casting process. These are e.g. B.
- - Keramikpartikel (z. B. Oxide, Carbide, Silizide, Nitride)- ceramic particles (e.g. oxides, carbides, silicides, nitrides)
- - Metallpulver- und deren Legierungen- Metal powder and their alloys
- - artgleich oder artverwandt z. B. Al zu AlS; 7- of the same type or related z. B. Al to AlS; 7
- - artfremd z. B. Ca, Na, Mg, Zn, C, Si, Mn, Ni, Sn, Fe, Li zu Al- alien z. B. Ca, Na, Mg, Zn, C, Si, Mn, Ni, Sn, Fe, Li to Al
- - Silizium, Kohlenstoff (Grafit)- silicon, carbon (graphite)
Auch Agglomerate und Agglomeratgemische aus Treibmitteln und/oder der oben genannten Komponenten können bei diesem Verfahren eingesetzt werden. Die Verwendung umhüllter Treibmittel z. B. mit Nickel oder anderen Metallen ist für eine Verringerung der Zersetzungsgeschwindigkeit des Treibmittels in der Schmelze anwendbar. Ferner ist eine Kombination von verschiedenen Treibmitteln mit unterschiedlichen Zersetzungstemperaturen möglich.Also agglomerates and agglomerate mixtures of blowing agents and / or the above mentioned components can be used in this process. The Use of enveloped blowing agents such. B. with nickel or other metals is for one Reduction of the rate of decomposition of the blowing agent in the melt applicable. A combination of different blowing agents is also included different decomposition temperatures possible.
Die Erfindung wird anhand der Ausführungsbeispiele näher erläutert: The invention is explained in more detail using the exemplary embodiments:
Eine Druckgußanlage wurde eingesetzt. Eine handelsübliche Aluminiumlegierung (AlSi9Cu3) wurde als schmelzmetallurgische Komponente verwendet. Eine Menge von 0,3 Gew.-% an Treibmittel (Titanhydridpulver) bezogen auf das Gesamtgewicht des Gußteiles wurde im Angußkanal der Druckgußform plaziert. Die Kolbengeschwindigkeit mit der die Schmelze in die Druckgußform eingebracht wurde betrug 3 m/s und der Druck 1000 bar. Die gesamte Prozeßzeit betrug 11 Sekunden. Nach dem Druckgußprozeß lag das aufschäumbare Halbzeug vor. Das Gewicht des aufschäumbaren Halbzeugs betrug 1,5 kg. In einem Ofen wurden unterschiedliche Bereiche des Druckgußteiles (Halbzeuges) bei Temperaturen über der Liquidustemperatur der Ausgangslegierung aufgeschäumt. Das ganze Druckgußteil war aufschäumbar und die erzielte Dichte lag bei 0,7 g/cm3. Die Schaumstruktur war sehr homogen und die Porengröße lag zwischen 1-2 mm.A die casting system was used. A commercially available aluminum alloy (AlSi 9 Cu 3 ) was used as the melt metallurgical component. An amount of 0.3% by weight of blowing agent (titanium hydride powder), based on the total weight of the casting, was placed in the sprue of the die. The piston speed at which the melt was introduced into the die casting mold was 3 m / s and the pressure was 1000 bar. The total process time was 11 seconds. After the die casting process, the foamable semi-finished product was available. The weight of the foamable semi-finished product was 1.5 kg. Different areas of the die-cast part (semi-finished product) were foamed in a furnace at temperatures above the liquidus temperature of the starting alloy. The entire die-cast part was foamable and the density achieved was 0.7 g / cm 3 . The foam structure was very homogeneous and the pore size was between 1-2 mm.
Dieses Verfahren wurde bei gleichen Verfahrensparametern wie in Beispiel 1 durchgeführt. Die Kolbengeschwindigkeit mit der die Schmelze in die Druckgußform eingebracht wurde, wurde auf 1,5 m/s gesenkt. Das Treibmittel lag sehr gleichmäßig im Halbzeug verteilt vor. Das ganze Druckgußteil war schäumbar und die Schäumbarkeit war vergleichbar mit Beispiel 1.This process was carried out using the same process parameters as in Example 1 carried out. The piston speed at which the melt enters the die was brought down, was reduced to 1.5 m / s. The blowing agent was very even in the Semi-finished product distributed. The whole die-cast part was foamable and the foamability was comparable to example 1.
Dieses Verfahren wurde bei gleichen Verfahrensparametern wie in Beispiel 1 durchgeführt, mit Ausnahme des Nachhaltedruckes, der im Druckgußwerkzeug auf 500 bar gesenkt wurde. Das Treibmittel lag sehr gleichmäßig im Halbzeug verteilt vor. Das ganze Druckgußteil war schäumbar und die Schäumbarkeit war vergleichbar mit Beispiel 1.This process was carried out using the same process parameters as in Example 1 carried out, with the exception of sustainable printing, which is set to 500 in the die casting tool bar was lowered. The blowing agent was very evenly distributed in the semi-finished product. The whole die cast part was foamable and the foamability was comparable to Example 1.
Dieses Verfahren wurde bei gleichen Verfahrensparametern wie in Beispiel 1. Diesmal wurde das Treibmittel (Titanhydrid) vor dem Gießprozeß mit reinem Aluminiumpulver im Verhältnis 1 : 1 vermischt. Diese Pulvermischung wurde wiederum im Angußkanal der Druckgußform plaziert, so daß der Anteil an Treibmittel im aufschäumbaren Halbzeug bei 0,3 Gew.-% lag. Das Treibmittel lag sehr gleichmäßig im Halbzeug verteilt vor. Das ganze Druckgußteil war schäumbar und die Schäumbarkeit war vergleichbar mit Beispiel 1. This process was carried out with the same process parameters as in Example 1. This time was the blowing agent (titanium hydride) before the casting process with pure aluminum powder mixed in a ratio of 1: 1. This powder mixture was again in the sprue Die casting mold placed so that the proportion of blowing agent in the foamable semi-finished product was 0.3% by weight. The blowing agent was very evenly distributed in the semi-finished product. The whole die cast part was foamable and the foamability was comparable to Example 1.
Dieses Verfahren wurde bei gleichen Verfahrensparametern wie in Beispiel 1 durchgeführt. Diesmal wurde das Treibmittel (Titanhydrid) vor dem Gießprozeß mit reinem Zinkpulver im Verhältnis 1 : 1 vermischt. Diese Pulvermischung wurde wiederum im Angußkanal der Druckgußform plaziert, so daß der Anteil an Treibmittel im aufschäumbaren Halbzeug bei 0,3 Gew.-% lag. Das Treibmittel lag sehr gleichmäßig im Halbzeug verteilt vor. Das ganze Druckgußteil war schäumbar und die Schäumbarkeit war vergleichbar mit Beispiel 1.This process was carried out using the same process parameters as in Example 1 carried out. This time the blowing agent (titanium hydride) was used before the casting process pure zinc powder mixed in a ratio of 1: 1. This powder mixture was again placed in the sprue of the die, so that the proportion of blowing agent in the foamable semi-finished product was 0.3% by weight. The blowing agent was very even in the Semi-finished product distributed. The whole die-cast part was foamable and the foamability was comparable to example 1.
Dieses Verfahren wurde bei gleichen Verfahrensparametern wie in Beispiel 1 durchgeführt. Diesmal wurde das Treibmittel (Titanhydrid) vor dem Gießprozeß mit reinem Siliciumpulver im Verhältnis 1 : 1 vermischt. Diese Pulvermischung wurde wiederum im Angußkanal der Druckgußform plaziert, so daß der Anteil an Treibmittel im aufschäumbaren Halbzeug bei 0,3 Gew.-% lag. Das Treibmittel lag sehr gleichmäßig im Halbzeug verteilt vor. Das ganze Druckgußteil war schäumbar und die Schäumbarkeit war vergleichbar mit Beispiel 1.This process was carried out using the same process parameters as in Example 1 carried out. This time the blowing agent (titanium hydride) was used before the casting process pure silicon powder mixed in a ratio of 1: 1. This powder mix was again placed in the sprue of the die, so that the proportion of blowing agent in the foamable semi-finished product was 0.3% by weight. The blowing agent was very even distributed in the semi-finished product. The whole die-cast part was foamable and that Foamability was comparable to Example 1.
Dieses Verfahren wurde bei gleichen Verfahrensparametern wie in Beispiel 1 durchgeführt. Diesmal wurde das Treibmittel (Titanhydrid) vor dem Gießprozeß mit Aluminiumoxidpulver (Al2O3) im Verhältnis 1 : 1 vermischt. Diese Pulvermischung wurde wiederum im Angußkanal der Druckgußform plaziert, so daß der Anteil an Treibmittel im aufschäumbaren Halbzeug bei 0,3 Gew.-% lag. Eine gute Verteilung von Aluminiumoxidpulver (Al2O3) und Treibmittel konnte in dem Druckgußbauteil erreicht werden. Das gesamte Druckgußteil war aufschäumbar und die Schäumbarkeit vergleichbar mit Beispiel 1.This process was carried out using the same process parameters as in Example 1. This time the blowing agent (titanium hydride) was mixed with aluminum oxide powder (Al 2 O 3 ) in a ratio of 1: 1 before the casting process. This powder mixture was again placed in the sprue of the die, so that the proportion of blowing agent in the foamable semi-finished product was 0.3% by weight. A good distribution of aluminum oxide powder (Al 2 O 3 ) and blowing agent could be achieved in the die-cast component. The entire die-cast part was foamable and the foamability was comparable to Example 1.
Dieses Verfahren wurde bei gleichen Verfahrensparametern wie in Beispiel 1 durchgeführt. Diesmal wurde das Treibmittel (Titanhydrid) deshalb vor dem Gießprozeß mit reinem Aluminiumpulver im Verhältnis 1 : 4 vermischt. Diese Pulvermischung wurde wiederum im Angußkanal der Druckgußform plaziert, so daß der Anteil an Treibmittel im aufschäumbaren Halbzeug bei 0,3 Gew.-% lag. Das Treibmittel lag sehr gleichmäßig im Halbzeug verteilt vor. Das ganze Druckgußteil war schäumbar und die Schäumbarkeit war vergleichbar mit Beispiel 1. This process was carried out using the same process parameters as in Example 1 carried out. This time the blowing agent (titanium hydride) was therefore used before the casting process mixed with pure aluminum powder in a ratio of 1: 4. This powder mix was again placed in the sprue of the die, so that the proportion of blowing agent in the foamable semi-finished product was 0.3% by weight. The blowing agent was very even distributed in the semi-finished product. The whole die-cast part was foamable and that Foamability was comparable to Example 1.
Dieses Verfahren wurde bei gleichen Verfahrensparametern wie in Beispiel 1 durchgeführt. Diesmal wurde als Treibmittel (Zirkonhydrid) eingesetzt. Ein Menge von 0,3 Gew.-% an Treibmittel (Zirkonhydridpulver) bezogen auf das Gesamtgewicht des Gußteiles wurde im Angußkanal der Druckgußform plaziert. Das Treibmittel lag sehr gleichmäßig im Halbzeug verteilt vor. Das ganze Druckgußteil war schäumbar. Die beim Schäumprozeß erzielte Dichte des Aluminiumschaumes lag etwas höher als in Beispiel 1 und lag bei 1,0 g/cm3.This process was carried out using the same process parameters as in Example 1. This time the blowing agent (zirconium hydride) was used. An amount of 0.3% by weight of blowing agent (zirconium hydride powder) based on the total weight of the casting was placed in the sprue of the die. The blowing agent was very evenly distributed in the semi-finished product. The whole die-cast part was foamable. The density of the aluminum foam achieved in the foaming process was somewhat higher than in Example 1 and was 1.0 g / cm 3 .
Dieses Verfahren wurde bei gleichen Verfahrensparametern wie in Beispiel 1 durchgeführ. Als Treibmittel wurde Titanhydrid eingesetzt. Ein Menge von 0,6 Gew.-% an Treibmittel (Titanhydridpulver) bezogen auf das Gesamtgewicht des Gußteiles wurde im Angußkanal der Druckgußform plaziert. Das Treibmittel lag sehr gleichmäßig im Halbzeug verteilt vor. Das ganze Druckgußteil war schäumbar. Die beim Schäumprozeß erzielte Dichte des Aluminiumschaumes konnte im Vergleich zu Beispiel 1 gesenkt werden und lag bei 0,5 g/cm3.This process was carried out using the same process parameters as in Example 1. Titanium hydride was used as the blowing agent. An amount of 0.6% by weight of blowing agent (titanium hydride powder) based on the total weight of the casting was placed in the sprue of the die. The blowing agent was very evenly distributed in the semi-finished product. The whole die-cast part was foamable. The density of the aluminum foam achieved in the foaming process could be reduced in comparison to Example 1 and was 0.5 g / cm 3 .
Dieses Verfahren wurde bei gleichen Verfahrensparametern wie in Beispiel 1 durchgeführt. Diesmal wurde das Treibmittel (Titanhydrid) deshalb vor dem Gießprozeß mit reinem Aluminiumpulver im Verhältnis 1 : 1 vermischt, wobei die verwendete Korngröße des Aluminiumpulvers zwischen 400 und 2000 µm lag. Diese Pulvermischung wurde wiederum im Angußkanal der Druckgußform plaziert, so daß der Anteil an Treibmittel im aufschäumbaren Halbzeug bei 0,3 Gew.-% lag. Das Treibmittel lag sehr gleichmäßig im Halbzeug verteilt vor. Das ganze Druckgußteil war schäumbar und die Schäumbarkeit war vergleichbar mit Beispiel 1.This process was carried out using the same process parameters as in Example 1 carried out. This time the blowing agent (titanium hydride) was therefore used before the casting process mixed with pure aluminum powder in a ratio of 1: 1, the used Grain size of the aluminum powder was between 400 and 2000 microns. This Powder mixture was again placed in the sprue of the die, so that the The proportion of blowing agent in the foamable semi-finished product was 0.3% by weight. The blowing agent was very evenly distributed in the semi-finished product. The whole die-cast part was foamable and the foamability was comparable to Example 1.
Dieses Verfahren wurde bei gleichen Verfahrensparametern wie in Beispiel 1 durchgeführt. Diesmal wurde kein Treibmittel verwendet. Eine Menge von 5 Gew.-% Aluminiumoxidpulver (Al2O3) bezogen auf das Gesamtgewicht des Gußteiles wurde im Angußkanal der Druckgußform plaziert. Das Aluminiumoxidpulver lag gleichmäßig im Gußbauteil verteilt vor. This process was carried out using the same process parameters as in Example 1. No blowing agent was used this time. An amount of 5% by weight of aluminum oxide powder (Al 2 O 3 ), based on the total weight of the casting, was placed in the sprue of the die. The aluminum oxide powder was evenly distributed in the cast component.
Dieses Verfahren wurde bei gleichen Verfahrensparametern wie in Beispiel 12 durchgeführt. Diesmal wurde eine Menge von 5 Gew.-% Siliciumcarbidpulver (SiC) bezogen auf das Gesamtgewicht des Gußteiles im Angußkanal der Druckgußform plaziert. Das Siliciumcarbid lag gleichmäßig im Gußbauteil verteilt vor.This process was carried out with the same process parameters as in Example 12 carried out. This time an amount of 5% by weight silicon carbide powder (SiC) based on the total weight of the casting in the sprue of the die placed. The silicon carbide was evenly distributed in the cast component.
Dieses Verfahren wurde bei gleichen Verfahrensparametern wie in Beispiel 12 durchgeführt. Diesmal wurde eine Menge von 3 Gew.-% Graphitpulver (C) bezogen auf das Gesamtgewicht des Gußteiles im Angußkanal der Druckgußform plaziert. Das Graphit lag gleichmäßig im Gußbauteil verteilt vor.This process was carried out with the same process parameters as in Example 12 carried out. This time, an amount of 3% by weight of graphite powder (C) was based on the total weight of the casting placed in the sprue of the die. The Graphite was evenly distributed in the cast component.
Dieses Verfahren wurde bei gleichen Verfahrensparametern wie in Beispiel 12 durchgeführt. Diesmal wurde eine Menge von 5 Gew.-% Siliciumpulver (Si) bezogen auf das Gesamtgewicht des Gußteiles im Angußkanal der Druckgußform plaziert. Das Silicium lag gleichmäßig im Gußbauteil verteilt vor.This process was carried out with the same process parameters as in Example 12 carried out. This time, an amount of 5 wt% silicon powder (Si) was based on the total weight of the casting placed in the sprue of the die. The Silicon was evenly distributed in the cast component.
Dieser Versuch wurde bei gleichen Versuchsparametern wie in Beispiel 12 durchgeführt. Diesmal wurde eine Menge von 5 Gew.-% Aluminiumpulver (Al) bezogen auf das Gesamtgewicht des Gußteiles im Angußkanal der Druckgußform plaziert. Die Korngröße des Aluminiumpulvers lag zwischen 50 und 200 µm. Das Aluminium lag teilweise noch unaufgelöst und gleichmäßig verteilt im Gußbauteil vor.This test was carried out using the same test parameters as in Example 12. This time, an amount of 5 wt .-% aluminum powder (Al) based on the Total weight of the casting placed in the sprue of the die. The The grain size of the aluminum powder was between 50 and 200 µm. The aluminum lay partly still undissolved and evenly distributed in the cast component.
Dieser Versuch wurde bei gleichen Versuchsparametern wie in Beispiel 12 durchgeführt. Diesmal wurde eine Menge von 5 Gew.-% Magnesiumpulver (Mg) bezogen auf das Gesamtgewicht des Gußteiles im Angußkanal der Druckgußform plaziert. Die Korngröße des Magnesiumpulvers lag zwischen 500 und 2000 µm. Das Magnesium lag teilweise noch unaufgelöst und gleichmäßig verteilt im Gußbauteil vor. This test was carried out using the same test parameters as in Example 12. This time, an amount of 5% by weight of magnesium powder (Mg) based on the Total weight of the casting placed in the sprue of the die. The The grain size of the magnesium powder was between 500 and 2000 µm. The magnesium was there partly still undissolved and evenly distributed in the cast component.
Dieser Versuch wurde bei gleichen Versuchsparametern wie in Beispiel 12 durchgeführt. Diesmal wurde eine Menge von 5 Gew.-% eines Gemisches aus 2,5 Gew.-% Siliciumpulver (Si) und 2,5% Aluminiumoxidpulver (Al2O3) bezogen auf das Gesamtgewicht des Gußteiles im Angußkanal der Druckgußform plaziert. Beide Pulver lagen gleichmäßig im Gußbauteil verteilt vor.This test was carried out using the same test parameters as in Example 12. This time an amount of 5% by weight of a mixture of 2.5% by weight of silicon powder (Si) and 2.5% of aluminum oxide powder (Al 2 O 3 ), based on the total weight of the casting, was placed in the sprue of the die. Both powders were evenly distributed in the cast component.
Dieser Versuch wurde bei gleichen Versuchsparametern wie in Beispiel 12 durchgeführt. Diesmal wurde eine Menge von 5 Gew.-% eines Gemisches aus 2,5 Gew.-% Siliciumpulver (Si) und 2,5% Aluminiumpulver (Al) bezogen auf das Gesamtgewicht des Gußteiles im Angußkanal der Druckgußform plaziert. Das Silicium lag gleichmäßig im Gußbauteil verteilt vor. Das Aluminiumpulver zeigte leichte Auflösungserscheinungen lag aber ansonsten ebenfalls sehr gleichmäßig verteilt vor.This test was carried out using the same test parameters as in Example 12. This time an amount of 5% by weight of a mixture of 2.5% by weight Silicon powder (Si) and 2.5% aluminum powder (Al) based on the total weight of the Cast part placed in the sprue of the die. The silicon lay evenly in the Cast component distributed in front. The aluminum powder showed slight signs of dissolution but was otherwise also very evenly distributed.
Das Verfahren wird anhand der nachfolgen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:The method is explained in more detail with reference to the following drawings. Show it:
Fig. 1 Schematische Darstellung des Verfahrens zur Herstellung von Verbundwerk stoffbauteilen. Fig. 1 Schematic representation of the method for the production of composite material components.
Fig. 2 Schematische Darstellung des Verfahrens zur Herstellung poröser Verbundwerk stoffbauteile. Fig. 2 Schematic representation of the method for producing porous composite material components.
Fig. 3 Schematische Darstellung eines weiteren Verfahrens zur Herstellung poröser Verbundwerkstoffbauteile. Fig. 3 Schematic representation of a further method for producing porous composite components.
Fig. 4 Schematische Darstellung eines weiteren Verfahrens zur Herstellung poröser Verbundwerkstoffbauteile. Fig. 4 Schematic representation of a further method for producing porous composite components.
Fig. 5 Schematische Darstelung eines weiteren Verfahrens zur Herstellung poröser Verbundwerkstoffbauteile. Fig. 5 Schematic representation of a further method for producing porous composite components.
Fig. 6 Schematische Darstellung des Verfahrens zur Herstellung von Verbundwerkstoffbauteilen. Fig. 6 Schematic representation of the method for the production of composite components.
Pulverpartikel 1 werden im Bereich 3 einer Druckgußanlage plaziert. Im einfachsten Fall kann das durch eine Pulverschüttung im Angußbereich 1 einer Druckgußform 7 erfolgen. Weitere Möglichkeiten die Pulverpartikel einzubringen sind u. a. die Verwendung einer speziellen Mischkammer in der Druckgußform, das Injizieren der Pulverpartikel kurz vor dem Druckgußprozeß z. B. durch Gas oder die direkte Einbringung der Pulverpartikel in die Metallschmelze unmittelbar vor dem Druckgußprozeß. Um nur in definierten Bereichen des Druckgußteiles eine Verbundwerkstoffstruktur herzustellen, können die Pulverpartikel auch innerhalb der Druckgußform 3 plaziert werden. In die so vorbereitete Anlage wird nun eine Metallschmelze 2 eingefüllt und von dem Kolben 8 in die Druckgußform gepreßt. Durch die hohe Verfahrensgeschwindigkeit werden die Pulverpartikel 1 von der Metallschmelze mitgerissen und in der Metallschmelze verteilt. In der Druckgußform 6 erstarrt nun diese Mischung als Verbundwerkstoffbauteil 4.Powder particles 1 are placed in area 3 of a die casting system. In the simplest case, this can be done by pouring powder into the sprue area 1 of a die 7 . Other possibilities to introduce the powder particles include the use of a special mixing chamber in the die casting mold, the injection of the powder particles shortly before the die casting process, for. B. by gas or the direct introduction of the powder particles into the molten metal immediately before the die casting process. In order to produce a composite structure only in defined areas of the die-cast part, the powder particles can also be placed inside the die-casting mold 3 . A metal melt 2 is now filled into the system prepared in this way and pressed by the piston 8 into the die-casting mold. Due to the high process speed, the powder particles 1 are entrained by the molten metal and distributed in the molten metal. In the die 6 , this mixture solidifies as a composite component 4 .
In Ausgestaltung sieht die Erfindung vor, daß, wie in Fig. 2 dargestellt, die Pulverpartikel 1 aus Treibmittel(n) oder Gemischen aus Treibmittel(n) mit weiteren Pulverpartikeln bestehen. Nach Durchführung des Druckgußprozesses liegt ein aufschäumbares Verbundwerkstoffbauteil 4 vor. Dieses aufschäumbare Verbundwerkstoffbauteil 4 kann durch Temperatureinwirkung zu einem fertigen porösen Metallschaumbauteil 5 aufgeschäumt werden. Der Schäumprozeß kann in speziellen Schäumformen erfolgen.In an embodiment, the invention provides that, as shown in FIG. 2, the powder particles 1 consist of blowing agent (s) or mixtures of blowing agent (s) with further powder particles. After the die casting process has been carried out, there is a foamable composite component 4 . This foamable composite component 4 can be foamed to a finished porous metal foam component 5 by the action of temperature. The foaming process can take place in special foam forms.
Eine andere Verfahrensvariante ist in Fig. 3 dargestellt. Die Herstellung des schäumbaren Verbundwerkstoffbauteiles 4 erfolgt wie in Fig. 1 und Fig. 2 beschrieben. In diesem Fall werden in die Druckgußform Einlegeteile 9 eingelegt und anschließend wie in Fig. 2 beschrieben mit einem schäumbaren Verbundwerkstoff umgossen. Nach Durchführung des Druckgußprozesses liegt ein aufschäumbares Verbundwerkstoffbauteil 4 vor. Dieses aufschäumbare Verbundwerkstoffbauteil kann durch Temperatureinwirkung zu einem fertigen porösen Metallschaumbauteil 5 aufgeschäumt werden. Der Schäumprozeß kann in speziellen Schäumformen erfolgen.Another process variant is shown in FIG. 3. The manufacture of the foamable composite component 4 is carried out as in Fig. 1 and Fig. 2 will be described. In this case, insert parts 9 are inserted into the die-casting mold and then cast with a foamable composite material as described in FIG. 2. After the die casting process has been carried out, there is a foamable composite component 4 . This foamable composite material component can be foamed to a finished porous metal foam component 5 by the action of temperature. The foaming process can take place in special foam forms.
In Fig. 4 und 5 sind weitere Ausgestaltungen des Verfahrens nach Fig. 3 dargestellt.In Fig. 4 and 5 show further embodiments of the method of FIG. 3 are illustrated.
In Fig. 6 ist schematisch ein Walzgießverfahen zur Herstellung von Verbundwerkstoffbauteilen dargestellt. Pulverpartikel 1 werden im Bereich 3 mit einer Metallschmelze 2 vermischt. Im einfachsten Fall kann das durch Injektion der Pulverpartikel in die Metallschmelze 2 kurz vor dem Gießwalzprozeß z. B. durch Gas erfolgen. Die Pulverpartikel 1 bestehen in diesem Fall aus Treibmittel(n) oder Gemischen aus Treibmittel(n) mit weiteren Pulverpartikeln. Die Pulverpartikel 1 werden von der Metallschmelze 2 mitgerissen und verteilt. Zwischen den Gießwalzen 10 erstarrt nun diese Mischung mit hoher Abkühlgeschwindigkeit als Verbundwerkstoffbauteil 4. Nach Durchführung des Druckgußprozesses liegt ein aufschäumbares Verbundwerkstoffbauteil 4 vor. Dieses aufschäumbare Verbundwerkstoffbauteil 4 kann durch Temperatureinwirkung zu einem fertigen porösen Metallschaumbauteil 5 aufgeschäumt werden. Der Schäumprozeß kann in speziellen Schäumformen erfolgen.In Fig. 6 a Walzgießverfahen is shown for the production of composite components schematically. Powder particles 1 are mixed in area 3 with a molten metal 2 . In the simplest case, this can be done by injecting the powder particles into the molten metal 2 shortly before the casting and rolling process, e.g. B. done by gas. In this case, the powder particles 1 consist of blowing agent (s) or mixtures of blowing agent (s) with further powder particles. The powder particles 1 are entrained and distributed by the molten metal 2 . This mixture solidifies between the casting rolls 10 at a high cooling rate as a composite component 4 . After the die casting process has been carried out, there is a foamable composite component 4 . This foamable composite component 4 can be foamed to a finished porous metal foam component 5 by the action of temperature. The foaming process can take place in special foam forms.
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