DE19836883A1 - Verfahren zur Herstellung von Formteilen aus thixotropen Metall-Legierungen - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von Formteilen aus thixotropen Metall-LegierungenInfo
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Abstract
Zur Herstellung von Formteilen aus thixotropen Metall-Legierungen wird die in die thixotrope Struktur umgeschmolzene Legierung im Stranggießverfahren zu einem Stranggußprofil und das Stranggußprofil zu plattenförmigem Walzgut geformt. Aus dem Walzgut werden Rohlinge mit einer Konfiguration und einem Volumen ausgestanzt, die nahe demjenigen des Formteils liegen. Der einzelne Rohling wird nach Aufwärmen auf eine Temperatur, bei der der Festkörperanteil in der schmelzflüssigen Phase wenigstens bei 40% bis über 60% liegt, durch Preßschmieden in einer Form zum Formteil umgeformt, wobei gleichzeitig der Schmelzeanteil erstarrt.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von
Formteilen aus thixotropen Metall-Legierungen, indem die
Legierung in die thixotrope Struktur umgeschmolzen, die
thixotrope Schmelze im Stranggießverfahren zu einem
Strangguß geformt wird, aus dem Stranggußprofil Rohlinge
erzeugt werden und jeder Rohling auf die für das Umformen
notwendige Temperatur erwärmt und anschließend zum Form
teil umgeformt wird.
Thixotrope Metall-Legierungen, insbesondere thixotrope
Aluminium-Legierungen gewinnen zunehmend an Bedeutung.
Sie werden durch Erschmelzen des Metalls und eine defi
nierte Temperaturführung bei gleichzeitiger Agitation
erhalten. Die thixotrope Struktur zeichnet sich dadurch
aus, daß in einem bestimmten Temperaturbereich in einer
eutektischen Schmelze globulare Körner vorliegen. Bei
Erstarren einer solchen Schmelze bleibt die globulare
Struktur erhalten, wodurch sich gegenüber dem normal
erschmolzenen und gegossenen Metall erheblich höhere
Festigkeiten ergeben. Hieraus resultiert die zunehmende
Bedeutung der thixotropen Aluminium-Legierungen. Die
hieraus hergestellten Halbzeuge sind in der Regel Stran
gusprofile.
Zur Herstellung von Formteilen aus dem Strangußprofil
steht bisher im wesentlichen nur ein Verfahren zur Verfü
gung, nämlich das Druckgießen. Aus dem Strangußprofil
wird ein Rohling abgelängt, der in einer Ofenanlage in
einem gesteuerten Temperaturprozeß langsam erwärmt wird.
Am Ende der Erwärmungsphase muß eine Struktur erhalten
werden, die einen Festkörperanteil von 40% bis maximal
60% und einen entsprechenden Schmelzeanteil aufweist.
Dieser Rohling hat eine teigige Struktur, die gerade noch
seine Handhabung ermöglicht. Der teigige Rohling wird in
eine Vorkammer eines Druckgießwerkzeugs eingelegt, mit
hohem Druck beaufschlagt und dabei die teigige Masse in
die Form verdrängt. Um eine einwandfreie Formfüllung zu
erhalten, muß mit bedeutsamen überschußmengen bei gleich
zeitigem Nachpressen gearbeitet werden. Die überschußmen
gen werden in Überlaufsystemen am Werkzeug aufgenommen.
Dieses bekannte Verfahren hat aufgrund der begrenzten
Fließwege, die im wesentlichen durch den Flüssiganteil
bestimmt sind, relativ enge Grenzen in der Formteilgeome
trie. Ferner wird auch bei entsprechendem Nachpressen
keine endgültig verfestigte Gefügequalität erreicht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
zur Herstellung von Formteilen aus thixotropen Metall-Le
gierungen, insbesondere Aluminium-Legierungen, vorzu
schlagen, das die Herstellung annähernd beliebiger Form
teile bei einwandfreier Gefügequalität gestattet.
Ausgehend von dem Verfahren gemäß dem Oberbegriff des
Anspruchs 1 wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das
Stranggußprofil zu plattenförmigem Walzgut umgeformt, aus
dem Walzgut Rohlinge mit einer Konfiguration und einem
Volumen ausgestanzt werden, die nahe denjenigen des
Formteils liegen, und daß der einzelne Rohling nach
Aufwärmen auf eine Temperatur, bei der sich der thixotro
pe Zustand einstellt, durch Preßschmieden in einer Form
zum Formteil umgeformt wird, wobei gleichzeitig der
Schmelzeanteil erstarrt.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren braucht der Rohling
nur auf eine solche Temperatur erwärmt, die das an
schließende Preßschmieden erlaubt. Während beim herkömm
lichen Gießen von Aluminium-Legierungen eine Schmelztem
peratur von 750°C, beim Druckgießen einer thixotropen
Legierung eine solche von ca. 700°C notwendig ist, läßt
sich eine thixotrope Aluminiumlegierung schon bei 580°C
durch Preßschmieden umformen. Entsprechend geringer sind
der Bedarf an Wärmeenergie und die an die Umgebung abge
benen Wärmeverluste. Ferner zeigt das durch Preßschmieden
hergestellte Formteil eine hohe Gefügefestigkeit. Die
Materialverluste können durch entsprechende Formgebung
des gestanzten Rohlings minimiert werden. Der Formteil
geometrie sind aufgrund der hohen Umformbarkeit nicht die
engen Grenzen gesetzt, die beim herkömmlichen Preßschmie
den gegeben sind.
Der Rohling sollte auf eine Temperatur erwärmt werden,
bei der in der schmelzflüssigen Phase wenigstens ca. 40
bis 60% Festkörperanteil vorhanden sind. Das erfindungs
gemäße Verfahren gestattet insbesondere auch noch die
Verarbeitung von Rohlingen mit einem Festkörperanteil von
größer 60%, so daß die Gefügeumwandlung beim Aufwärmen
minimiert wird.
In bevorzugter Ausführung des Verfahrens wird der Rohling
zu Beginn des Einwirkens der Preßkraft mit geringer, dann
mit einer progressiv steigenden Umformgeschwindigkeit bis
zu größer 500mm/s und kurz vor Erreichen der Endform des
Formteils mit stark degressiver Umformgeschwindigkeit bei
stark progressiver Preßkraft umgeformt, wobei die Preß
kraft bis zum Erstarren des Flüssiganteils gehalten wird.
Bei dem erfindungsgemäßen Umformverfahren ist zunächst
wichtig, daß der Rohling zu Beginn des Umformvorgangs
nicht mit zu hohen Impulskräften beaufschlagt wird, um
ein Verdrängen Auswandern des Schmelzeanteils zu vermei
den. Anschließend muß aber die Umformgeschwindigkeit
stark progessiv ansteigen, um unter Wahrung der thixo
tropen Struktur schnell die Endform zu erreichen. Vor
Erreichen der Endform muß die Umformgeschwindigkeit
wiederum stark degressiv abgesenkt werden, um beim
Schließen der Form und gleichzeitig ansteigender Preß
kraft überschwingende Druckspitzen zu vermeiden. Schließ
lich wird die End-Preßkraft solange gehalten, bis der
Flüssiganteil erstarrt ist.
Vorzugsweise beträgt die maximale Umformgeschwindigkeit
mehr als 800mm/s. Die maximale preßkraft am Ende des
Umformvorgangs wird von dem Formfüllungsgrad, dem Umform
grad und der Bauteilgeometrie bestimmt. Sie kann bis zu
etwa 5000 kN betragen.
Für die Erzeugung des platinenförmigen Rohlings aus dem
Walzgut kommen alle herkömmlichen Verfahren in Frage,
wobei insbesondere das Schneiden, Stanzen oder Zerspanen
zu nennen sind.
Claims (6)
1. Verfahren zur Herstellung von Formteilen aus thixo
tropen Metall-Legierungen, indem die Legierung in
die thixotrope Struktur umgeschmolzen, die thixotro
pe Schmelze im Stranggießverfahren zu einem Strang
gußprofil geformt, aus dem Stranggußprofil Rohlinge
erzeugt werden und jeder Rohling auf die für das
Umformen notwendige Temperatur erwärmt und an
schließend zum Formteil umgeformt wird, dadurch
gekennzeichnet, daß das Stranggußprofil zu platten
förmigem Walzgut umgeformt, aus dem Walzgut Rohlinge
mit einer Konfiguration und einem Volumen herge
stellt werden, die nahe demjenigen des Formteils
liegen, und daß der einzelne Rohling nach Aufwärmen
auf eine Temperatur, bei der sich der thixotrope
Zustand einstellt, durch Preßschmieden in einer Form
zum Formteil umgeformt wird, wobei gleichzeitig der
Flüssiganteil erstarrt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Rohling auf eine Temperatur erwärmt wird,
bei der in der schmelzflüssigen Phase ca. 40 bis
über 60% Festkörperanteil vorhanden ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Rohling auf eine Temperatur er
wärmt wird, bei der in der schmelzflüssigen Phase
wenigstens 60% Festkörperanteil vorhanden sind.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß der Rohling zu Beginn des Ein
wirkens der Preßkraft mit geringer, dann mit einer
progressiv steigenden Umformgeschwindigkeit bis zu
größer 500 mm/s und kurz vor Erreichen der Endform
des Formteils mit stark degressiver Umformgeschwin
digkeit bei stark progessiver Preßkraft umgeformt
wird, wobei die Preßkraft bis zum Erstarren des
Flüssiganteils gehalten wird.
5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der Rohling nach Einwirken der Preßkraft mit
einer Umformgeschwindigkeit von etwa 800 mm/s umge
formt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Formteil bei Erreichen der Endform
mit einer Preßkraft, die für eine eventuelle Restum
formung erforderlich ist, beaufschlagt wird.
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