DE2104328C2

DE2104328C2 - Verfahren zum Herstellen von metallischen Fasern

Info

Publication number: DE2104328C2
Application number: DE2104328A
Authority: DE
Inventors: John A. North Chelmsford Mass. Roberts; Peter R. Groton Mass. Roberts
Original assignee: Brunswick Corp
Current assignee: Brunswick Corp
Priority date: 1970-01-29
Filing date: 1971-01-29
Publication date: 1983-01-13
Also published as: GB1342117A; DE2104328A1; US3698863A; BE762306A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren der im Oberbegriff des Anspruchs I genannten Art.

Bei einem solchen, aus der US-PS 33 79 000 bekannten Verfahren zum Herstellen von metallischen Fasern, die für Textilien geeignet sind, werden die Fasern innerhalb eines geeigneten Einbettungswerkstoffes abwechselnd tiefgezogen und angelassen, um bis zu Durchmesserabmessungen von etwa 10 um gezogen zu werden. Da die Fasern auf ihre Endabmessungen jeweils zusammen ι.,ίι dem Einbettungswerkstoff kaltgezogen werden, wobei sie mehrmals in Längsabschnitte unterteilt und erneut zusammen mit mehreren bereits auf ein Zwischenmaß gezogenen Fasern wiederum in einem Einbettungswerkstoff zusammengefaßt werden, können die tatsächlich erreichten Endabmessungen nicht exakt gesteuert oder gar kontrolliert werden, so daß sich Fasern mit unterschiediichem Durchmesser längs ihrer Länge ergeben können. Solche Änderungen des Durchmessers längs der Länge der Fasern sind innerhalb eines bestimmten Bereiches durchaus zulässig, sofern sichergestellt wird, daß sie tatsächlich nur innerhalb eines solchen begrenzten Bereiches liegen.

Bei einem aus der US-PS 32 77 564 bekannten Verfahren vergleichbarer Art wird als Einbettungs-

ls werkstoff Kupfer und als Fasermaterial Edelstahl benutzt, um nach dem Kaltziehen den Einbettungswerkstoff durch Lösen des Kupfers in einer geeigneten Säure von den Fasern trennen zu können. Auch die Verwendung eines kohlenstoffarmen Stahls als Einbettungswerkstoff in Verbindung mit einem Fasermaterial aus Edelstahl sowie die Verwendung einer weichen Nickellegierung als Fasermaterial in Verbindung mit Kupfer als Einbettungswerkstoff sind bei diesem Verfahren bekannt.

Aufgabe der Erfindung ist es. ein Verfahren der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß die Abweichungen de; Durchmesser längs der Lange einer Faser kontrollierbar sind und die Faser eine unpolierte, unbearbeitete Außenfläche aufweist, bruchfrei ist und eine periodische geometrische Änderung längs ihrer Länge aufweist.

Bei einem Verfahren der genannten Art ist dkse Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können innerhalb der durch die erfindungsgemäße Lehre angegebenen Bedingungen auch unterschiedliche Einbettungswerkstoffe in Verbindung mit einem bestimmten Faserwerkstoff benutzt weiden, um dadurch das Oberflächen-Volumenverhältnis Cer Fasern unterschiedlich groß zu machen, d. h, die Oberfläche der Fasern relativ glatt oder aber rauh auszubilden. Je mehr sich die jeweiligen physikalischen Eigenschaften der beiden Werkstoffe gleichen, um so glatter wird die Umfangsfläche der herzustellenden Fasern. Sind sich die physikalischen Eigenschaften der beiden Werkstoffe dagegen nur ähnlich, d. h. in gewisser Weise noch unterschiedlich, wird die Oberfläche der Faser relativ rauh, was in einem gewissen Maße durchaus erwünscht ist. Die zulässige Grenze dieser Rauhheit der Oberfläche bzw. Ungleichmäßigkeit der herzustellenden Faser wird durch den angegebenen maximal zulässigen Querschnitts-Ändenings-Koeffizienten definiert.

Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteran-Sprüchen angegeben.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung erläutert. Im einzelnen zeigt

Fig. I bis 3 einen Metalldraht im Schnitt der mit einem koaxialen Mantel umgeben wird und zusammen mit einer Vielzahl von weiteren so ummantelten Drähten innerhalb eines zylindrischen Gehäuses aus einem Einbettungswerkstoff angeordnet wird, um aus diesen Drähten die Fasern zu bilden,

Fig. 4 und 5 verkleinerte Längsschnitte einer Anordnung zum Verdichten der ummantelten Drähte in dem zylindrischen Gehäuse und zum Vermindern des Durchmessers des Gehäuses und der Drähte.
Fig. 6 und 7 Draufsichten auf eine Vielzahl von

ummantelten Drähitr, innerhalb unterschiedlicher Gehäuse mit Abstandhaltern zwischen den ummantelten ;■ Drähten sowie diesen und dem Gehäuse,

Fig.8 bis 10 Längsschnitte des Gehäuses nach dem Einsetzen der ummantelten Drähte, beim Befestigen eines Verschlusses am offenen Ende und beim Evakuieren "nd Abdichten des Gehäuses,

Fig. 11 bis 13 den Barren beim nachfolgenden Warmstrangpressen, beim anschließenden Entfernen der Enden des stranggepreßten Barrens und beim Schneiden des Barrens in eine Vielzahl kleinerer Längen,

Fig. 14 und 15 eine de·-kurzen Abschnitte mit einem Abschlußzapfen an jedem Ende und beim erneuten Warmstrangpressen, um den Durchmesser weiter zu vermindern,

F i g. 16 den Barren aus F i g. 10. der durch Warmwalzen in seinem Durchmesser vermindert wird,

Fig. I?¹ ein Kaltziehen des warmverformten Barrens bei einem folgenden Verfahrensschritt.
! Fig. 18 den kaltgezogenen Barren nach Fig. 17 in

einem Abbeiz-Behälter zum Entfernen des Ummantelungs- und Gchäusematerials des Barrens,
Fig. 19 bis 22 Schnitte eines metallischen, rohrförmi- ·. gen Drahtes, aus welchem eine rohrförmige Faser gebildet werden kann, wobei ein Füllmaterial innerhalb : des rohrförmigen Drahtes angeordnet wird, der gefüllte rohrförmige Draht innerhalb eines rohrförmigen Mantels angeordnet wird und Füllmaterial, rohrförmi- : ger Draht und Mantel verdichtet werden,
' F i g. 23 die gefüllten und ummantelten rohrförmigen

: Drähte innerhalb eines zylindrischen Gehäuses zum ί nachfolgenden Abdichten. Warmverformen und KaItziehen, wie dieses in den F i g. 8 bis 17 gezeigt ist.
\ Fig. 24 vergrößert eine rohrförmige Faser.
[ Fig. 25 eine bimetallische Faser.

;; F ι g. 26 einen Querschnitt eines Gehäuses, in dem

; ummantelte Drähte hexagonal gepackt sind und ϊ zwischen den Flächen des Sechseckes und dem ϊ Innenmantel des Gehäuses Abstandsscheiben angeordnet sind.

F i g. 27 einen schematischen Schnitt durch zwei nicht gleichmäßige Fasern in einem Einbettungswerkstoff, wobei ein Änderungs-Koeffizient von 25% überschritten wird,

\ Fig. 28 einen Längsschnitt von unierbrochenen

Fasern in ei;:cm Einbettungswerkstof.'.

F i g. 29 eine graphische Darstellung, wobei Bereiche einer sogenannten groben Nichtemförmigkeit und ein : Grundbereich der Nichtemförmigkeit unterschieden sind, der Änderungs-Kot'fizient auf der Ordinate und der Verformungsgrad auf der Abszisse aufgetragen sind und W, als üie kritische Verformung und der Beginn des »groben« Nichteinförmigkeitsbereiches definiert ist.

F ι g. 30 drei der F i g. 29 entsprechende graphische Darstellungen für verschiedene Einbettungswerkstoffe, wobei jeweils das gleiche Volumenverhältnis zwischen Einbettungswerkstoff und Faserwerkstoff gewählt ist.

Fig. 31 eine graphische Darstellung verschiedener Kurven für verschiedene Volumenverhältnisse des Einbe'iungswerkstoffes zu demselben Faserwerkstoff. wobei der Anderungs-Koeffizient auf der Ordinate und der Verformungsgrad auf der Abszisse aufgetragen sind, und

Fig. 32 e.nc graphische Darstellung von Bereichen für nichtrostender. Stahl als Faserwerkstoff und unterschiedliche Einbettungswerkstoffe, wobei die Ordinate das Volumenve.'iiUtnis von Einbettungs- zu Gesamtwerkstoff und die Abszisse den kritischen Verformungsgrad zeigen.

Da die Fasern hergestellt werden, während sie von einem Einbettungswerkstoff umgeben sind, schafft da*.

ί Zusammenwirken von Fasern und Einbettungswerkstoff Fasern, die eine vorgewählte irreguläre Querschiiituform aufweisen können, wobei eine reguläre geometrische Form als ein Quadrat, Kreis, Vieleck u. dgl. bezeichnet wird. Demzufolge ist die Steuergröße, die hier verwendet wird, der statistische Ausdruck »Änderungskoeffizient«, der nachfolgend definiert wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann eine

Faser einen gesteuerten Querschnitt aufweisen, der längs ihrer Länge nicht gleichmäßig ist, aber innerhalb eines bestimmten Bereiches als gleichförmig bezeichnet ist. Dieser Bereich wird durch den Querschnitts-Änderungs-Koeffizienten bestimmt. Dieser Änderungs-Koeffizient für die Fasern ist etwas geringer als 25%. Der Änderungs- Koeffizient wird als

.— ,— Σχ alx und χ =

angegeben, wobei χ die Fläche eines jeden Querschnittes, der längs der Länge einer Faser als Probe genommen wird, und π die Anzahl der genommenen Proben sind. U-ii den Änderungs-Koeffizienten zu finden, wird die Abweichung, die die gleichen Einheiten wie χ hat, nach der folgenden Gleichung berechnet:

'σχ>-(—
\ η <

Daher wird der hier verwendete »Änderungs-Koeffizient« als statistischer Änderungskoeffizient der Querschnittsflächen verstanden, die längs der Länge einer Faser im wesentlichen senkrecht zur Achse der Faser genommen sind.

Die Fasern können mit einem größeren Oberflächenber^ich versehen sein, und zur Angabe der Zunahme des Oberflächenbereiches muß diese auf eine Norm bezogen werden. Diese Norm ist der Oberflächenbereich eines Einheitszylinders, der eine Querr/:hnittsfläche der Faser ist. Die Vergrößerung des Verhältnisse* von Oberfläche zu Volumen ist als Unterschied zwischen dem Oberflächenbereich einer Faser von Einheitslänge und dem Oberflächenbereich eines äquivalenten Zylinders von Einheitslänge, dividiert durch den Oberflächenbereich des äquivalenten Zylinders von Einheitsläwge definiert. Diese Vergrößerung wird in Prozent ausgedrückt.

Bei einem Ausführungsbeispiel wird ein Bündel 10 aus F-sei.i Vl. wie dieses in Fig. 19 gezeigt ist. durch ein Verfahren hergestellt, bei dem eine Vielzahl von Drähten 12 gebündelt und durch eine Quer- oder Radialverjüngung der Drähte in dem Bündel in ihrem Durchmesser vermindert werden, um Fasern äußerst geringen Durchnie^csers und großer Länge herzustellen. Dabei können rohrförmige Fasern 13, wie eine in Fig.24 gezeigt ist. und bimetallische Fasern 113. wie eine in F i g. 25 gezeigt ist. hergestellt werden, wobei der ursprüngliche Draht dann ein rohrförmiger Draht 14 ist, wie er in Fi g. 20 gezeigt ist.

Das V'-rjüngen inr gebündelten Drähte eKolgt, indem zunächst die gebündelten Drähte zusammen mit dem Einbettungswerkstoff zu einem Barren vereinigt

und anschließend der Barren einer Warmverformung und einem nachfolgenden Kaltziehen unterworfen wird. Das Verjüngen durch Warmverformen kann alternativ durch ein Warmstrangpressen oder Warmwalzen des Barrens durchgeführt werden. Der Kaltziehvorgang kann eine Vielzahl von Kaltziehstufen mit dazwischenliegenden Glühungen umfassen.

Wie es in den Fig. 1 bis 3 dargestellt ist, wird der Draht 12 zunächst in einem Mantel 15 eingebettet, der aus einem Werkstoff besteht, der physikalische Eigenschäften hat. die sich von denjenigen des Drahtes 12 unterschieden, um ein Trennen des Mantels von den hergestellten Fasern zu ermöglichen. Die mechanischen Fließeigenschaften der Faser- und Einbetlungswerkstoffe sollen jedoch ähnlich sein. Die ummantelten Drähte werden dann in einem Gehäuse 16 angeordnet, das einen Konus 17 aufweist. Zum gleichmäßigen Verjüngen der Drähte werden sie innerhalb des Gehäuses ίό linien ZiiüHiiimcHurückcri oder Verdichten der Anordnung eng benachbart angeordnet. Dieses erfolgt in einer in F i g. 4 gezeigten Presse 18. die in einem Gehäuse 18.7 einen zylindrischen Hohlraum begrenzt, der dem zylindrischen Gehäuse 16 angepaßt ist. Das untere Ende des Hohlraumes ist mit einer Form 18fe abgeschlossen, und das Gehäuse 18a und die Form 186 werden von einem Prallstock 18c getragen. Ein Stempel 18t/übt Druck auf die Anordnung aus, wodurch diese axial verkürzt und damit seitlich oder radial verdichtet wird.

In F i g. 5 ist ein anderes Verfahren zum Verdichten bzw. Zusammendrücken der Anordnung gezeigt, was mittels eines Extrudiergerätes 118 erfolgt, das eine Extrudierform 118a hat, durch die hindurch die Anordnung mit Hilfe eines Druckstempels 1186 gezwungen wird. Dabei wird jedoch nur eine so geringe Verjüngung der Anordnung mit Hilfe der Extrudierform 118a bewirkt, daß nur die Leerstellen innerhalb der Anordnung beseitigt werden.

Wie in F i g. 6 gezeigt ist. kann durch die innere Ausbildung des Gehäuses 16 mit hexagonalem Querschnitt durch Abstandshalter 19 oder flache gestapelte Abstandshalter 19a (vgl. Fig. 26) das Verdichten der Anordnung erleichtert werden.

Wie in F i g. 7 gezeigt ist, sind zum gleichen Zweck die ummantelten Drähte 12 innerhalb des Gehäuses 16 zusammen mit Abstandhaltern oder Metallpulver 21 zwischen sich angeordnet.

Vor diesem Zusammendrücken wird das Gehäuse 16 mit Hilfe eines Verschlusses 23 am oberen offenen Ende 24 verschlossen. Der Verschluß 23 weist einen gekerbten Abschnitt 23a und eine Evakuierleitung 26 auf. die sich durch eine Bohrung 23b hindurch erstreckt und mit einer Schweißnaht 26a befestigt ist. Der Verschluß 23 wird mit Hilfe einer Schweißung 23c befestigt Danach wird das Gehäuse über die Evakuierleitung 26 evakuiert, um im wesentlichen das gesamte Gas aus dem Gehäuse abzuziehen. Wie es in Fig. 10 gezeigt ist. wird danach die Evakuierleitung 26 abgezwickt und bei 26b verschweißt. Um ein höheres Vakuum innerhalb des Gehäuses 16 zu schaffen, kann dieses innerhalb eines Erhitzers 27 angeordnet sein.

Der Barren 31 wird anschließend einer Warmverformung unterworfen, um den Durchmesser in mehreren Stufen zu vermindern. Wie es in F i g. 11 gezeigt ist. kann der Durchmesser des Barrens 31 durch Warmstrangpressen reduziert werden. Dabei wird der Barren 31 auf eine vorgewählte Temperatur vorgewärmt und geschmiert. Der Preßdruck ist vorgewählt, um eine optimale Verminderung des Barrendurchmessers in Übereinstimmung mit den Eigenschaften der verwendeten Werkstoffe zu bewirken. Falls zweimal strangeepreßt wird, werden die Enden 34 des Barrens 35 mit vermindertem Durchmesser mit Hilfe einer Schneidvorrichtung .36 abgeschnitten (vgl. F i g. 12).

Das nicht gleichförmig stranggepreüte Ende dos Barrens ist damit von dem Barren abgeschnitten worden. Der beschnittene Barren 35 wird dann in eine Vielzahl von kurzen Abschnitten 37 mit einem Schneidmesser 38 geteilt, wie dieses in F ie. 13 ge/eipt ist. leder dieser Abschnitte 37 wirJ dann durch Schweißen mit einem vorderen Zapfen ?9 und einen rückwärtigen Zapfen 40 versehen, «ic dieses 111 Fi g. 14 gezeigt ist. Der Barren 37 geringer L.mgc wird dam, wieder erwärmt und durch eine Strangpresse 41 /weeks weiterer Verjüngung des Durchmessers bis /u dem abschließend gebildeten Barren 42 hindurchgefiihrt (vgl.

η : „ ι .- \
1 1 £. 1 J).

D;\s Warmverformen des Barrens 31 k:mn yich f!ni''^ Warmwalzen durchgeführt werden. Wie in Fig. 16 gezeigt ist. kann der Barren erwärmt und durch Walzen 43 hindurchgefiihrt werden. Der Barren kann zunächst durch Strangpressen nach F i g. 11 warmverformt werden, wonach Warmwalzen folgen kann, wenn dieses gewünscht ist.

Der Barren 42 wird durch eine herkömmliche Kalt? .inform 44 mittels einer Ziehvorrichtung 45 gezogen. Der Barren kann nachfolgend auf kleinere und kleinere Durchmesser mittels nachfolgend kleinerer Kaltzichformen heruntergezogen werden, um den endgültigen Durchmesser des Barrens zu erreichen, der dann die gewünschten Fasern geringen Durchmessers enthält. Zwischen den aufeinanderfolgenden Kaltziehstufen kann in Übereinstimmung mit den Eigenschaften des Werkstoffes, aus dem die Fasern gebildet sind, geglüht werden. Das Kaltziehen des Barrens kann so durchgeführt werden, daß Texturen in den Fasern ausgebildet und die Fasern verfestigt werden, um ihnen verbesserte mechanische Eigenschaften zu verleihen.

Wenn warmgewalzt wird, kann von dem abschließenden Kaltziehen des Barrens abgesehen werden, da die physikalischen Eigenschaften, welche durch das Kaltziehen geschaffen werden, nicht erforderlich sind. So ann das Warmwalzen mit nachfolgend kleineren Walzen 43 fortgesetzt werden, wodurch das gewünschte abschließende Verjüngen des Barrens erzielt wird und die Fasern den gewünschten Durchmesser von annähernd 50 μπι oder weniger aufweisen.

Die Fasern werden von dem abschließend verjüngten Barren 46 beispielsweise durch chemischen Aw^riff auf den Mantel 15 und das Gehäuse 16 getrennt. Wie es in Fig. 18 gezeigt ist. kann der Barren 46 in einem Behälter 47 mit einer Säure 48 behandelt werden, um den Einbettungswerkstoff zu lösen. Selbstverständlich können auch andere Verfahren zum Entfernen des Einbettungswerkstoffes angewandt werden, wie z. B. elektrochemisches Lösen, thermisches Entfernen, Oxydation oder mechanisches Entfernen. In dem erhaltenen Bündel 10 der Fasern 11. wie es in Fig. 19 gezeigt ist, haben die Fasern einen extrem kleinen Durchmesser, beispielsweise von unter 50 μπι. Die Fasern können eine Länge bis zu 15.240 m aufweisen, nach Warmwalzen sogar eine Länge bis zu 91.440 m. Eine endliche Faser bedeutet eine einzige Faser mit einer Länge von wenigstens 13 m, verglichen mit einer Stapelfaser, die eine Länge von ungefähr 0.4 mm bis ungefähr 609 mm und ein Aspektverhältnis von mindestens 10:1 hat.

Wenn die Fasern aus einem Einbettungswerkstoff aus Metall entfernt werden, hai die Faser eine schuppenfreie Außenfläche d. h. sie ist longitudinal bruchfrei, verglichen mit Stahlwolle, welche durch Schneiden oder Hobeln hergestellt ist. unpoliert, verglichen mit einem Enddrahtziehen, und unbearbeitet. Es wird angenommen, daß während der Reduzierstufen der Faserwerkstoff einem dreiachsigen Spannungssystem von Reduzicrkräften unterworfen wird, das wesentlich unterschiedlich von demjenigen ist, welches auf ein einfaches festes Material aufgebracht wird, das mittels desselben Reduzierverfahrens verformt wird, Drahtziehen. Stangenwalzen. Gesenkarbeit, Extrudieren und dergleichen.

Insbesondere kann der Draht 12, aus dem die Fasern gebildet sind, aus Nickel, nichtrostendem Stahl. Titan und dessen Legierungen bestehen. Die Ummantelung 15 kann aus Weicheisen, Kupfer, Aluminium und Legierungen daraus, Monel-Metall und dergleichen bestehen. Verschiedene Beispiele des F.inbettungswerkstoffs, aus dem das Gehäuse iö sein kann, sind Weicheisen, Monel-Metall, Kupfer und dergleichen.

Im folgenden werden Beispiele von Verfahren zum Herstellen der Fasern erläutert.

Beispiel I

Drähte aus korrosionsbeständigem Stahl mit einem Durchmesser von 6,35 mm und einer Länge von 457 mm wurden in Rohren aus Monel 400 mit einem Außendurchmesser von 7,4 mm und einem Innendurchmesser von 6.4 mm sowie einer Länge von 457 mm eingesetzt. Das untere Ende eines Gehäuses aus Weichstahl mit einem Außendurchmesser von 151 mm. einem Innendurchmesser von 133 mm und einer Länge von 558 mm wurde mit einem einen eingeschlossenen Winkel von 90" kegelstumpfförmigen Zapfen verschlossen und dieser verschweißt. Das Gehäuse wurde mit 268 ummantelten Drähten gefüllt. Ein Verschluß wurde in das obere Ende des Gehäuses eingesetzt und verschweißt, wobei dieser eine 6,35 mm Evakuierungsleitung aufweist. Das Gehäuse wurde auf 0.133 · 10-' mbar bei 427°C evakuiert und dann verschlossen. Der Barren wurde dann auf eine Temperatur von 982° C sechs Stunden lang in einem Graphitbehälter erwärmt. Der erwärmte Barren wurde in einer Presse unter Verwendung einer erwärmten Preßmatrize von 482°C auf einen Durchmesser von 73 mm stranggepreßt, wobei ein Streckverhältnis auf das 4,3fache erzielt wurde, wonach der Barren in Wasser abgeschreckt wurde.

Die Presse wurde mit einer linearen Stempelgeschwindigkeit von etwa 12.7 m min-' mit einer Anfahrkraft von 13.400 N und einer Laufkraft von 12.000 N betrieben. Der sich ergebende erste Preßstrang wurde in Stücke von 254 mm geschnitten. Es wurde ein neuer Zapfen mit 90° eingeschlossenem Winkel auf das untere Ende des 254 mm langen Barrens aufgeschweißt und ein 12,7 mm dicker Endstopfen auf das obere Ende aufgeschweißt. Der neue 254 mm lange Barren wurde auf eine Temperatur von 982° C etwa drei Stunden in einem Graphitbehälter erwärmt. Der Barren wurde dann in einer Presse mit einer erwärmten Matrize auf einen Durchmesser von etwa 16 mm mit einem Streckverhältnis vom 22,8fachen im Querschnittsbereich stranggepreßt Der Barren wurde stranggepreßt mit einer Geschwindigkeit von 3,7 mm min-' mit einer Anfahrkraft von 5900 N und einer Laufkraft von 5600 N.. worauf der Barren wiederum in Wasser abgeschreckt wurde. Der 16 mm dicke Barren wurde dann kalt mit 20%iger Querschnittsverminderung je Schritt in vier Schritten oder 60% Querschnittsverminderung mit Zwischenglühungen gezogen. Der Barren wurde mehrere Male bei einer Temperatur von 927°C und einer Zeit von etwa zwei Sekunden je 0,024 mm des Barrendurchmessers während des Kaltziehvorganges geglüht. Der endgültige Durchmesser des Barrens war 0,4064 mm. Der Einbettungswerkstoff wurde dann in einem Salpetersäurebad entfernt, wobei Fasern von etwa O,OI778mm Durchmesser gebildet wurden. Diese Fasern haben eine mittlere maximale Zugfestigkeit von etwa 1760 N/mm² bei einer mittleren Dehnung von 2,1% in kaltbearbeitetem Zustand. In geglühtem Zustand haben diese Fasern eine ungefähre maximale Zugfestigkeit von 77.3 N/mm² mit einer mittleren Dehnung von etwa 11 % beim Atisführungsbeispiel.

Beispiel 2

Dfänie uuS KunOaiOfiaucSidiiuigcm Sidiii ΓιΥιϊ einem Durchmesser von 2.03 mm wurden in Rohren aus Monel 400 mit einem Außendurchmesser von 2,5 mm und einem Innendurchmesser von 2,16 mm eingesetzt. Die ummantelten Drähte wurden durch eine Matrize mit 2,31 mm Durchmesser gezogen, um die Anlage der Flächen des korrosionsbeständigen Stahls und des Monels zu bewirken, und dann gerade gerichtet und in Stücke von 76,2 mm Länge geschnitten. Ein Gehäuse aus Weichstahl mit einem Außendurchmesser von 50 mm und einem Innendurchmesser von 44,2 mm und einer Gesamtlänge von 152,4 mm wurde an der einen Seite mit einem stumpfkegeligen Zapfen mit Gleitsitz und 90° eingeschlossenem Winkel am unteren Ende verschlossen und verschweißt. 242 der ummantelten Drähte wurden in das Gehäuse eingesetzt und dann ein Verschluß mit diesem verschweißt, so daß ein Barren gebildet wurde. Der obere Verschluß wies eine Evakuierungsleitung mit 6,35 mm Durchmesser auf. Der Barren wurde dann auf unter 0,133 · 10-^Jmbar bei 427⁰C evakuiert und dann verschlossen. Der evakuierte Barren wurde dann bei 982°C zwei Stunden in eir°m Graphitbehälter erwärmt. Der warme Barren wurde stranggepreßt, und zwar auf einen Durchmesser von etwa 12,7 mm, wobei ein Streckverhältnis vom 16fachen im Querschnittsbereich erhalten wurde. Der Barren wurde mit einer Geschwindigkeit von etwa 1,65 mm min-' und mit einem Anfahrdruck von 2720 N und einem Laufdruck von 2600 N stranggepreßt. Der auf 12,7 mm Durchmesser stranggepreßte Barren wurde dann in vier Abschnitte geteilt. Jeder Abschnitt des Barrens wurde auf einen Enddurchmesser von 0,2 mm mit Glühbehandlung bei 927°C für zwei Sekunden je 0,024 mm Durchmesser und im wesentlichen mit einer Querschnittsreduktion von 60% je Stufe gezogen.

Der endgültige Durchmesser der sich ergebenden 242 Fasern wurde mit 8.63 μιτι mit einem Änderungskoeffizienten des Querschnitts von 7,5% gemessen. Die verbleibenden drei Abschnitte des stranggepreßten Barrens wurde alle auf einen Enddurchmesser von 0,4 mm in der Art gezogen, daß 36%. 75% und 90% Querschnittsverminderung in den entsprechenden Abschnitten nach der letzten Wärmebehandlung erreicht wurde. In allen drei Abschnitten wurden die Faserdurchmesser mit etwa 17,8 μπι festgestellt Der Änderungs-Koeffizient der Querschnittsfläche der Fasern liegt innerhalb der gesetzten 25%. Der mittlere wirksame Durchmesser der Fasern wurde durch Vergleich der mittleren Querschnittsfläche der Fasern mit einem

Kreis mit der gleichen Querschnittsfläche und anschließendes Ermitteln des Durchmessers dieses Kreises bestimmt. Der wirksame Durchmesser für die 36%ig, 75°/oig und 90%ig verformten Fasern variiert nicht mehr als um 0,5 um.

Durch Anwendung desselben Verfahrens zur Ermittlung des Änderungs-Koeffizienten auf die Fasern der Beispiele 3, 4, 5 und 6 werden entsprechende Änderungskoeffizienten von 8,1%, 4,46%. 11,7% und 10% festgestellt. Für Beispiel 7 hatten die beiden Abschnitte Änderungs-Koeffizienten von 6,3% (Ni/Al-1l00)undl3%(Ni/AI-5052).

Beispiel 3

Drähte aus handelsüblichen reinen Titan mit einem Durchmesser von 2,03 mm wurden in Monel 400-Rohre mit einem Außendurchmesser von 2,92 mm und einem Innendurchmesser von 2.54 mm eingesetzt. Die Drähte und die Rohre waren wärmebehandelt und wurden dann •uf einen Gesamtdurchmesser von 2,16 mm herunter gezogen, wobei die Titan-Kerndrähte einen Durchmesser von 1,84 mm aufweisen. Die gezogenen, ummantelten Drähte wurden dann gerichtet und in 76 mm lange Stücke geschnitten. Ein Kupfergehäuse mit einem einstückig angesetzten Zapfen und einem Außendurchmesser von 41.4 mm und einem Innendurchmesser von 24,13 mm und einer Gesamtlänge des Hohlraumes von 82.55 mm wurde mit 91 ummantelten Titandrähten in hexagonaler Anordnung gefüllt, wobei 11 ummantelte Drähte auf einen Durchmesser von Ecke zu Ecke lagen, während 6 ummantelte Drähte an einer Seitenfläche lagen. 76 mm lange und 0,318 mm dicke Kupferstreifen wurden anliegend an die hexagonalen Flächen der gepackten Drähte eingesetzt. Zusätzliche Unterlage-Streifen wurden zwischen den Innendurchmesser des Kupfergehäuses und den Primärstreifen eingesetzt, um den offenen bzw. leeren Bereich im Behälter zu vermindern. Ein Verschluß mit einer Evakuierungsleitung von 6,35 mm wurde so verschwelt, daß im wesentlichen keine Längsbewegung der Drähte möglich war. Der Barren wurde dann auf 0.0133 ■ 10-^Jmbarund bei 427°C evakuiert und anschließend verschlossen. Der Barren wurde dann auf 759°C erwärmt und auf einen Durchmesser von 6,86 mm stranggepreßt. Die Fasern des stranggepreßten Barrens weisen einen effektiven Durchmesser von etwa 0.508 mm auf. Der Barren wurde mit einer Anfahrkraft von 560 N stranggepreßt. Der Barren wurde kalt von 6.86 mm Durchmesser durch eine Reihe von Ziehdüsen verschiedener Ziehdurchmesser mit Zwischenglühungen auf 537° C kaltgezogen. Der Barren wurde auf 0.32 mm gezogen, wobei er nach dem letzten Glühen durch Kaltbearbeitung um 50% reduziert wurde. Das Gehäuse und die von ihm umgebenen Monel-Rohre wurden in Salpetersäure gelöst. Der endgültige Durchmesser der Fasern war etwa 22,86 μΐη. Das Verhältnis der Oberfläche zum Volumen bei diesen Fasern ist 38,8%. Der Änderungs-Koeffizient dieser Fasern wurde mit 8.1 % festgestellt.

Beispiel 4

Drähte aus einer Titanlegierung mit einem Durchmesser von 2,0 mm wurden in Weichstahlrohre mit einem Außendurchmesser von 2,92 mm und einem Innendurchmesser von 2,54 mm eingesetzt. Die ummantelten Drähte wurden dann auf einen Außendurchmesser von 2,22 mm gepreßt, wobei die Drähte aus der Titanlegierung einen Durchmesser von 153 mm hatten. Die gepreßten, ummantelten Drähte wurden gerichtet und in 76 mm I /nge Stücke geschnitten. Ein Gehäuse aus Weichstahl mit einem Außendurchmesser von 3! .75 mm und einem Innendurchmesser von 29.2 mm und einer Gesamtlänge von 88,9 mm wurde an seinem unteren Ende mit einer 6,35 mm dicken Kappe verschlossen und verschweißt. Auf diese Kappe wurde ein Zapfen mit 90 eingeschlossenem Winkel an dem Gehäuse durch Schweißen befestigt. 127 ummantelte Drähte wurden in das Gehäuse in hexagonaler Anordnung eingesetzt. Zwischen jeder von fünf Seiten des Sechsecks und der kreisförmigen Innenfläche des Gehäuses wurden zwei zusätzliche ummantelte Drähte und zwei Weichstahlstäbe mit 2,03 mm Durchmesser eingesetzt. Zwischen die

t5 sechste Seite des Sechsecks und der Innenfläche des Gehäuses wurden Futtersäcke eingesetzt, um den verbleibenden leeren Raum auszufüllen. Das gefüllte Gehäuse enthielt daher 137 ummantelte Drahte ums Titanlegierung. Ein oberer Verschluß mit 6.35 mm wurde in den Hohlraum des Behälters eingesteckt und verschweißt, so daß ein Barren gebildet wurde. Der Barren wurde auf 0,0133 ■ 10-'rnbar bei 427⁼C evakuiert und dann verschlossen. Um die Strangpreßeigenschaften des evakuierten Barrens zu verbessern, wurde ein Weichstahlzylinder mit 31.75 mm Außendurchmesser und 12,5 mm Innendurchmesser und 3.75 mm Länge über die vorspringende verschlossene Evakuierungsleitung aufgesetzt, wobei der Zylinder dann auf der Rückseite des Barrens angeschweißt wurde. Der Barren wurde dann auf 870°C erhitzt und in einer 32.5-mm-Strangpreßleitung durch eine 9,4-mm-Strangpreßdüse zur 12fachen Verminderung der Querschnittsfläche stranggepreßt mit einer Anfahrkraft von 990 N und einer Laufkraft von 760 N. Die Fasern haben dann einen effektiven Durchmesser von etwa 0.6 mm. Die stranggepreßten Barren wurden dann über eine Reihe von Kaltziehschritten auf einen Enddurchmesser von 0,457 mm kaltgezogen. Die Barren wurden zwischen verschiedenen Kaltziehschritten bei 787° C geglüht. Das Gehäuse und das Umhüllungsmaterial wurden dann durch chemische Lösung in Salpetersäure entfernt. Der endgültige Durchmesser der sich ergebenden 137 Fasern wurde mit etwa 29.5 μηι festgestellt. Das Verhältnis von Oberfläche zu Volumen dieser Fasern ist 33,8%. Der Änderungs-Koeffizient liegt bei 4,46%.

Beispiel 5

Drähte aus einer Titanlegierung mit einem Durchmesser von 2,0 mm wurden in Rohre aus Weichstahl mit

so einem Außendurchmesser von 2.9 mm und einem Innendurchmesser von 2,54 mm eingesetzt. Die ummantelten Drähte wurden auf einen Außendurchmesser von 2,18 mm gepreßt, gerade gerichtet und in Stücke mit 89 mm Länge geschnitten. Ein Gehäuse aus Weichstahl mit einem Außendurchmesser von 3752 mm und einem Innendurchmesser von 34,8 mm und einer Gesamtlänge von 120,65 mm wurde an seinem unteren Ende mit einer 3.175 mm dicken Kappe versehen, die in die Bohrung des Gehäuses eingesteckt und verschweißt wurde. Ein kegelstumpfförmiger Zapfen rr.it einem 9325 mm flachen Abschnitt und eine;n eingeseh'c^cn-T! Windel von 90° wurde am unteren Ende des Gehäuses auf die vorher aufgeschweißte Kappe aufgeschweißt. Das Gehäuse wurde dann mit 199 ummantelten Drähten in

«5 im wesentlichen sechseckiger Anordnung gefüllt, wobei Weichstahidrähte mit einem Durchmesser von 1,8 rnrn. 1,04 mm und 0,71 mm um den Umfang der sechseckigen Anordnung eingesteckt wurden, um das Gehäuse zu

pa'Ken. Um die Strangpreßeigenschaften zu verbessern, wurde ein Weichstahlzylinder mit einem Außendurchmesser von 34,67 mm und einer Länge von 25,4 mm in die Rüc.seite des Gehäuses eingesteckt. Eine 3.175 mm dicke Endkappe wurde dann auf das obere Fndc des Gehäuses aufgesteckt und verschweißt, so daß ein Barren gebildet wurde. Dieser wieder in der beim Beispiel 4 beschriebenen Weise evakuiert und verschlossen. Der Barren wurde dann auf 898"C erwärmt. Der warme Barren wurde stranggepreßt. Der Barren wurde mit einer Anfahrkraft von 1550 N stranggepreßt. Die Fasern erreichen dabei einen effektiven Durchmesser von etwa 0,47 mm. Der auf 9,7 mm Durchmesser Mranggepreßte Barren wurde dann kalt auf 0.91 mm heruntergezogen mit Zwischenerwärmiingcn auf 81 5 C". Das Gehäuse und das Umhüllungsmaterial wurden dann durch chemische Lösung in Salpetersäure entfernt. Der endgültige Durchmesser der 199 Fasern wurde mit etwa 43.2 iim festgestellt. Mikrophotographien /eigen die

mn finer siai κ wcl'iisciiiuC-m uniidii^MidiiiG. uä.i Verhältnis Oberfläche zu Volumen dieser Fasern ist Sb"'". Der Änderungs-Koeffizient wurde mit 11,7% festgestellt.

Beispiel 6

Drähte aus Nickel mit einem Durchmesser von 2,0 mm wurden in Rohre aus Weichstahl mit einem Außendurchmesser von 2,9 mm und einem Innendurchmesser von 2.54 mm eingesetzt. Die ummantelten Drähte wurden dann auf ein,-n Außendurchmesser von 2,159 mm heruntergezogen, wobei die Nickeldrähte auf etwa 1,78 mm Durchmesser reduziert wurden. Ein Gehäuse aus Weichstahl mit einem Außendurchmesser von 27 mm, einem Innendurchmesser von 24.13 mm und einer Länge von 82.55 mm wurden an ihrem unteren Ende mit einer Kappe mit 3.175 mm Dicke verschlossen, die in die Bohrung des Gehäuses eingesetzt und verschweißt wurde. Ein kegelstumpfförmiger Zapfen mit einem eingeschlossenen Winkel von 90⁼ wurde auf das untere Ende des Gehäusestumpfes aufgeschweißt. In das Gehäuse wurden dann 91 ummantelte Drähte in sechseckiger Anordnung eingesetzt, wobei 11 Drähte von einer Ecke zur gegenüberliegenden Ecke und sechs Drähte an jeder der Seitenflächen des Sechseckes lagen. Verschiedene Lagen aus Weichstahlfüllstücken wurden dann zwischen die sechseckig gepackten Drähte und die Innenfläche des Gehäuses eingesetzt. Ein 3.175 mm dicker Verschluß wurde in das Gehäuse eingesteckt und verschweißt, so daß ein geschlossener Barren gebildet wurde. Der Barren wurde dann in der im Beispiel 4 angegebenen Weise evakuiert und abgedichtet. Der Barren wurde auf 870^cC erwärmt im-H p< <⁽ einem Durchmesser von 6,86 mm aus einer Sirangpreuieitung mit 27.94 mm mit einer Geschwindigkeit von j.iSI m min-' stranggepreßt. Der Barren wurde kalt von 6,86 mm Durchmesser durch eine Reihe von Ziehdüsen mit Zwischenerhitzungen auf 898°C gestreckt. Nach dem der kaltgezogene Barren einen Durchmesser von 0356 mm aufwies, wurde er in zwei Abschnitte geschnitten. Der erste Abschnitt wurde einer Beizbehandlung unter Verwendung von Phosphorsäure (Hj^DO_;) _zur Lösung des Ein^sr.-ngswerksioiies unterzogen. Der endgültige Durchmesser der sich ergebenden Nickelfaser wurde nvt etwa 25,4 μΐη festgestellt. Der zweite Abschnitt wurde kalt durch eine weitere Reihe von Rednzierschritten auf einen endgültigen Durchmesser von 0,i8 min reduziert Der Einbettungswerkstoff wurde dann in Phosphin säar- gelöst Der endgültige Durchmesser der sich bei diesem zweiten Schritt ergebenden Fasern wurde mit etwa 12.7 μιτι festgestellt. Der Änderungs-Koeffizient der Fasern mit ?5,4'.;rn und \2.:..;;; v.urd« mit 9.45% bzw. 7,5% festgestellt. Damit ergeben sich lasern mit einem Eliektivdurchmesser von 40.64 μιτι. wobei dip. Fasern einen Änderungs-Koeffizienten von 10% und ein Verhältnis Oberfläche zu Volumen von 31%) aufweisen.

Für entsprechend weicheres Material, z. B. eine

ίο Aluminiumlegierung, die als Ummantelung 15 o_Ut-Einbettungswcrkstoff verwendet werden und Nickeldrähte bzw. -fasern wurde festgestellt, daß das Warmstrangpressen nicht erforderlich ist und der Barren nur einem Kaltziehen unterworfen wird. Das folgende Beispiel dien: der Erläuterung dieses Verfahrens.

Beispiel 7 Drähte aus Nickel mit einem Durchmesser von

Außendurchmesser von 2.92 mm und einem Innendurchmesser von 2.54 mm eingesetzt. Die ummantelten Drähte wurden dann auf einen Durchmesser von 1,2 mm heruntergezogen und dann durch Strecken gerichtet und auf Längen von 1,06 m geschnitten. Ein Gehäuse aus Aluminium mit einem Außendurchmesser von 15,875 mm, einem Innendurchmesser von 14,1 mm und einer Länge von 1,06 m wurden mit 97 ummantelten Drähten gefüllt. Das gefüllte Gehäuse wurde Kaltziehschritten bei 20% Querschnittsreduktion je Durchgang unterworfen. Aufeinanderfolgende Kaltziehschritte re duzierten das gefüllte Gehäuse auf einen Außendurchmesser von 0,13 mm. Das Gehäuse und der Einbettungswerkstoff wurden dann durch Lösung in Natronlauge (NaOH) entfernt. Der endgültige Durchmesser der sich ergebenden 97 Nickelfasern wurde mit etwa 12.7 um festgestellt. Während des Kaltziehschrittes wurden Mikrophotographien des Querschnitts dieses Barrens gemacht, und zwar als der Gesamtdurchmesser 0,513 mm und der Du-chmesser der Fasern 38,1 μίτι betrugen. Diese Fasern zeigten im wesentlichen glatte Außenflächen mit einer Vergrößerung des Volumenverhältnisses von nur 6% und einem Änderungs-Koeffizienten von 13%. Ein ähnlicher Barren w <rde unter Verwendung von Nickeldrähten, umhüllt mit Aluminium, hergestellt, die ummantelt waren mit einem Monei 400-Rohr. 61 derartige ummantelte Drähte wurden in das Rohr eingesetzt Das vollgepackte Monelrohr wurde kalt auf einen Durchmesser von 0,508 mm gezogen, wobei das Gehäuse und das Ummamelungsmaterial durch chemische Lösung entfernt wurden. Der endgültige Durchmesser der sich ergebenden 61 Fasern dieses Beispiels wurde mit etwa 48,26 μιτι festgestellt. Diese Fasern zeigten extrem glatte Außenflächen mit einer Vergrößerung des Verhältnisses der Oberfläche zum Volumen von nur 1,7%. Der Änderungs-Koeffizient der Querschnittsfläche der Fasern wurde mit 63% festgestellt
Mit dem Verfahren können auch rohrförmige oder Bimetallfasern hergestellt werden. Wie es in F i g. 20 bis 24 dargestellt ist beginnt die Herstellung von rohrförmigen oder bimetall!;;.:_;cn Fasern damit, daß ein langgestrecktes Element einen festen Drahtkern 49 aufweist, der in eine entsprechende Ummantelung 50 aus einem von dem des Drahtes unterschiedlichen Werkstoff htneinpestcc' r -vird. Die Kombination des Drahtes 45 und der Urnrriaafilung 50 wird dann in ein P.o?ii H <■-'·'. o-netr·; von dem vier ummantelung

unterschiedlichen Werkstoff eingesetzt Der für den Draht 49, die Ummantelung 50 unadas Rohr 14 verwendete Werkstoff kann unterschiedliche Eigenschaften aufweisen, so daß das Rohr 14 von der Ummantelung entfernt werden kann und der Drahtkern 49 ebenfalls von J.er Ummantelung 50 entfernt werden kann, wenn dieses gewünscht wird.

Als Beispiel ist eine Draht-Ummantelungs-Rohranordnung 51 dargestellt, die durch Ziehen verdichtet werden kann, so daß ein inniger Kontakt zwischen den einzelnen Teilen eines solchen Verbundkörpers hergestellt wird. Diese Verbundkörper 51 werden in entsprechende Längen geschnitten und in beliebiger Anordnung in ein Gehäuse 52 gesteckt Das Gehäuse 52 wird dann in ähnlicher Weise wie bei dem bisher beschriebenen Verfahren an beiden Enden verschlossen, evakuiert jnd abgedichtet, so daß ein Barren hergestellt wird. Der Barren wird dann erwärmt und stranggepreßt mit darauffolgendem Kaltziehen, so daß die gewünschte rohrförmige oder Bimetallfaser hergestellt wird. Der kaltgezogene Barren kann dann je nach Wunsch in kurze oder lange Stücke geschnitten werdea Das Gehäuse, die Rohre und die Kerne können *jn dem Verbundkörper mit kurzer Länge entfernt werden, so daß eine Vielzahl von rohrförmigen Fassern, nämlich die ursprunglichen Ummantelungen, gebildet werden. Es können aber auch entweder bei den Verbundstücken mit kurzen Längen oder Verbundstücken mit größeren Längen das Gehäuse und die Rohre entfernt werden, so daß entweder kurze oder lange Bimetallfasern, die aus dem ursprünglichen Draht und der ursprünglichen Ummantelung bestehen, gebildet werden. Im folgenden werden Beispiele von Verfahren zur Herstellung von rohrförmigen oder Bimetallfasern erläutert.

Beispiel 8

Kupferdrähte mit einem Durchmesser von 1.17 mm wurden in Ummantelungen aus korrosionsbeständigem Stahl mit einem Außendu ?hmesser von 2.235 mm und einem Innendurchmesser von 1.22 mm eingesetzt, die dann in Rohre aus Monel 400 mit einem Außendurchmesser von 2,667 mm und einem Innendurchmesser von 2,286 mm eingesetzt wurden. Die Kombination Draht-Ummantelung-Rohr wurde kalt durch eine Ziehdüse gezogen, so daß der sich ergebende Verbundkörper einen Außendurchmesser von 2.54 mm aufwies, während die korrosionsbeständige Stahlummantelung einen Außendurchmesser von 2.159 mm und der Kupferdraht einen Außendurchmesser von 1.143 mm aufwies. Der Verbundkörper wurde gerichtet und in Stücke mn 76.2 mm geschnitten. Ein Gehäuse aus Weichstahl mit einem Außendurchmesser von 27 mm und einem Innendurchmesser von 23368 mm mit einer Länge von 885 mm wurde an einer Seite mit einem kegelstumpfförmigen Zapfen mit einem eingeschlossenen Winkel von 90° verschlossen, der in das untere Ende des Gehäuses eingesteckt und verschweißt wurde. In das Gehäuse wurden 61 Verbundkörper aus Draht. Ummantelung und Rohr eingesteckt und ein Verschluß in das obere Ende des Gehäuses eingesteckt und verschweißt. Das Gehäuse wurde dann in der im Beispiel 4 beschriebenen Weise evakuiert und verschlossen. Der Barren wurde auf eine Temperatur von 98PC erwärmt. Der warme Barren wurde in einer Strangpresse, auf einen Durchmesser von 6,756 mm stranggepreßt, wobei ein Strangpreßverhältnis von löfachem Durchmesserbereich erreicht wurde. Die Presse wurde mit 700 N Anfahrkraft und 650 N Laufkraft beirieben. Der stranggepreßte Knüppel wurde kalt auf etwa 437 mm Außendurchmesser heruntergezogen. Der Barren wurde in entsprechend kurze Längen von etwa 76,2 mm geschnitten, und das Gehäuse, die Rohre und die Drähte wurden chemisch gelöst, so daß rohrförmige Fasern übrigblieben. Diese Fasern hatten eine mittlere Querabmessung zwischen der Außenfläche von etwa 0381 mm. Zusätzlich wurde ein langer Abschnitt des kaltgezogenen Barrens so behandelt, daß d^s Gehäuse aus Weichstahl und das Monelrohr gelöst wurden, so daß sich Bimetallfasern ergaben, die die gleiche Größe wie die rohrförmigen Fasern aufwiesen. Diese Bimetallfasern enthielten einen äußeren Mantel aus korrosionsbeständigem Stahl und einen Kupferkern, mit einem geringen Wert von Feststoffdiffusion, die an der Verbindungsfläche Kupferkorrosionsbeständiger Stahl auftrat Der Durchmesser des Kupferkerns war etwa 0203 mm.

Beispiel 9

Drähte aus Monel 400 mit einem Außendurchmesser von 3.81 mm wurden in Ummantelungen aus korrosionsbeständigem Stahl mit einem Außendurchmesser von 5,79 mm und einem Innendurchmesser von 3,86 mm eingesetzt die ihrerseits in Monel-Rohre mit einem Auber.durchmesser von 635 mm und einem Innendurchmesser von 5,84 mm eingesetzt wurden. Diese Draht-Ummantelungsrohr-Verbundkörper wurden ge richtet und in Stücke von 228.6 mm Länge geschnitten. Ein Gehäuse aus Weichstahl mit einem Außendurchmesser von 7453 mm, einem Innendurchmesser von 72.136 mm und einer Länge von 2413 mm wurde am unteren Ende mit einer Kappe von 635 mm Dicke verschlossen, die in die Bohrung des Gehäuses eingesetzt und verschweißt wurde. Ein kegelstumpfförmiger Zapfen mit einem Durchmesser von 6935 mm und einem eingeschlossenen Winkel von 90° mit einem kreisförmigen Abschnitt von etwa 15,87 mm wurde auf das untere Ende des Gehäuses auf die vorher aufgeschweißte Kappe aufgeschweißt. 91 Verbundkörper wurden in das Gehäuse in sechseckiger Anordnung gepackt, wobei Weichstahl-Metallfüllkörper zwischen die Sechseckflächen der gepackten Verbundkörper und den Innenwänden des Gehäuses eingeschoben wurden, um den freien Raum innerhalb des Gehäuses zu vermindern. Ein Verschluß mit 6.35 mm Dicke wurde in das gepackte Gehäuse eingesteckt und verschweißt Das Gehäuse wurde dann in der beschriebenen Weise evakuiert und verschlossen. Der Barren wurde aul 981T erwärmt und auf einen Durchmesser von 15.875 mm stranggepreßt. Der Barren wurde mit einei Anfahrkraft von 6500 N stranggepreßt Der 15.875-mm Barren wurde dann ka! mit Zwischeiglühungen aul einen Gesamtdurchmesser von 1.45 mm heruntergezogen. Der Verbundkörper wurde durchgeschnitten worauf der erste Abschnitt mit einer Querschnitt .. minderung von 93.8% gezogen wurde, so daß dei Verbundkörper einen Durihmesser von 036 mm hatte Das Gehäuse und die Monel Rohre wurden dann durcl chemische Lösung in Salpetersäure entfernt. Die Siel ergebenden bimetallischen, aus korrosionsbeständigen Stahl und Monel bestehenden Fasern hatten einei Gesamtdurchmesser von etwa 0,0254 mm und einei Kerndurchmesser von etwa 16.76 um. Während de Behandlung dieser Bimetallfaser fand eine Feststoffdil fusion zwischen dem Monelkern und der korrosionsbe ständigen Stahlummantelung an der Berührungsfläch

statt. Der zweite Abschnitt des Barrens wurde weiter kalt mit Zwischenglühungen bei 981°C auf einen Gesamtdurchmesser von 0,71 J rom reduziert und einer Endglühung bei 981°C unterworfen. Der geglühte Verbundkörper wurde dann auf 0,178 mm Durchmesser heruntergezogen mit einer Querschnittsreduktion von 93,8%. Das Gehäuse und das Rohrmateria! werden durch chemische Lösung in Sslpetersäure entfernt Der endgültige Durchmesser der sich ergebenden Bimetallfaser aus korrosionsbeständigem Stahl-Monel wurde mit etwa 12,7 μΐη festgestellt, wobei der Monelkern einen Durchmesser von etwa 838 μπι hatte. Es wurde festgestellt, daß eine sehr geringfügige Feststoffdiffusion an der Berührungsfläche zwischen dem Monel und dem korrosionsbeständigen Stahl erfolgte. Selbstverständlich kann das Verfahren zur Herstellung dieser Bimetallfasern nach dem Strangpressen oder nach jedem der Kaltziehschritte beendet werden, wonach die Bimetallfasern aus dem Gehäuse und dem Rohrmaterial befreit werden, um jeden gewünschten Durchmesser der Bimetallfaser zu erreichen.

Mit diesem Verfahren können bimetallische Fasern hergestellt werden, bei denen der Kern um weniger als 1% bis über 80% der Gesamtfaserfläche variiert Die bimetallischen Fasern können jeden gewünschten Durchmesser haben. Es können viele Kombinationen für den bimetallischen Faserwerkstoff vorgesehen sein, wie: Nichtrostender Stahl über einem niedrig legierten Stahl oder Weicheisen. Niob über Monel. Tantal über Monel. Nickelbasis-Superlegierung über einem niedriglegierten Mahl oder Weicheisen. Kupfer über Aluminium. Weicheisen über Aluminium, Aluminium über Weicheisen. Gold über Kupfer, Platin über Kupfer. Nickel über Weicheisen. Kupfer über Molypermalloy. Titeri tier Weicheisen. Monel über Beryllium. Aluminium über Magnesium. Hastalloy X über Molybdän. Es sei auch hervorgehoben, daß der Kernwerkstoff nicht vollständig von der Ummantelung umgeben /u sein braucht, so daß eine bimetallische Faser gebildet wird, bei der ein Werkstoff eines ersten Abschnittes neben einem /weiten Abschnitt liegt, wobei der geometrische Querschnitt der bimetallischen Faser im wesentlichen halbkreisförmig, rechteckig, kreisförmig u. ä. sein kann. Außerdem können die Fasern mit entweder hohen oder geringen Verhältnissen von Umfangsflächenbereich zu Volumen gebildet werden. Wenn Nickelfasern in Weicheisen als Einbettungswerkstoff hergestellt wer den. wobei der wirksame Durchmesser der Fasern ungefähr 0.04 mm beträgt, sind die Querschnittsausbildungen der Fasern äußerst rauh, und der Querschnittsbereich der Fasern kann am besten so beschrieben werden, daß er eine stark muldenförmige Oberfläche aufweist. Es wurde festgestellt, daß der Änderungs-Koeffizient dieser Fasern unter 25% liegt. Der Oberflächenbereich zum Volumen der Fas«r wurde um 31.6% über den Oberflächenbereich zum Volumen eines kreisförmigen Zylinders vergrößert, der den gleichen Querschnitt aufweist. Diese stark muldenförmige Faser hat gewisse, oftmals gewünschte Eigenschaften, wie beispielsweise extreme Rauheiten wie auch ein hohes Verhältnis von Oberflächenbereich zu Volumen. Durch Auswechseln des Einbettungswerksioffes für die Nickelfasern von Weicheisen zu Aluminium wurde eine wesentlich glattere Nickelfaser mit einem weit geringeren Verhältnis von Oberflächenbereich zu Volumen gebildet, wobei die Vergrößerung lediglich 1,7% über den Oberflächenbereich zu Volumen eines kreisförmigen Zylinders war. der den gleichen Querschnitt hat.

Zusätzlich wurde festgestellt, daß es bei gleichem Faserwerkstoff möglich ist, das Verhältnis von Oberfläche zu Volumen durch Verwendung unterschiedlicher Einbettungswerkstoffe zu variieren. Die Nickelfasern

-, nach Beispiel 6 und 7 geben die Möglichkeit, den Einbettungswerkstoff vorzuwählen, um unterschiedliche Verhältnisse von Oberfläche zu Volumen bei gleichem Faserwerkstoff zu erzielen, wobei die Verfahrensparameter zweckmäßig eingestellt werden.

ι» Die Verwendung desselben Einbettungswerkstoffes bei unterschiedlichen Faserwerkstoffen bewirkt entweder glatte oder rauhe Oberflächen der Fasern. Wenn ein Weicheisen-Einbettungswerkstoff verwendet wurde, um Fasern aus einer Ti 13V 11Cr 3AI Titanlegierung zu

π bilden, wurde eine rauhe Oberfläche der Fasern erhalten. Dieses entspricht den Fasern, weiche im Beispiel 5 beschrieben sind. Wenn ein Weicheisen-Einbettungswerkstoff mit Ti 6A 14V verwendet wurde, um Titanlegierungsfasern zu bilden, wie dieses im Beispiel 4

-Ii beschrieben ist, zeigte die Oberfläche der Fasern ebenfalls Wölbungen. Jedoch ist die Vergrößerung des Verhältnisses von Oberfläche zu Volumen 70% größer für die Fasern im Beispiel 5, verglichen mit denen im Beispiel 4. Diese Beispiele zeigen, daß es möglich ist, den

?i Faserwerkstoff für einen gegebenen Eirbettungswerkstoff vorzuwählen, um -erschiedene Verhältnisse von Oberfläche zu Volumen zu erhalten. Es wurde festgestellt, daß die physikalischen Eigenschaften des Faserwerkstoffes und des Einbettungswerkstoffes vari-

tii iert werden können, um die zu erzielende Oberfläche vorzuwählen, und daß bei Verwendung eines hohen Verhältnisses von relativ weichem Einbettungswerkstoff, wie Kupfer, zu einem harten Faserwerkstoff, wie nichtrostender Stahl, eine warme und/oder kalte

·> Reduzierung der Barren zur Ausbildung von getrennten oder zyklischen Fasern führt. Diese Diskontinuität der Fasern ist in F i g. 27 und 28 gezeigt, wo eine harte Faser 112 Kuppenabschnitte 211 und längliche Talabschnitte 212 aufweist, wenn es von dem weichen Einbettungs-

>i< werkstoff 115 umgeben ist und die harten Fasern sogar längliche Tropfen 112.4 bilden können, die von dem weichen Einbettungswerkstoff 1154 umgeben sind. Es ist leicht erkennbar, daß der Änderungs-Koeffizient dieser Flächen 25% bei beiden Beispielen überschreiten

*■ würde, wenn eine Reihe von Querschnitten längs der Länge der Fasern 112 oder der Tropfen 112/4 rechtwinklig zu der Achse UO oder 1104 genommen wird. Die Fasern 112 und die Tropfen 112/4 wären für kontinuierliche Fasern oder selbst Stapelfasern unge-

,H eignet. Jedoch kann durch Anwendung der geeigneten vorgewählten Verhältnisse von weichem oder hartem Einbettungswerkstoff zu weichem oder hartem Faserwerkstoff der Änderungs-Koeffizient auf unter 25% gehalten werden. Wm die Abweichungen oder die

'·' sogenannte Nichteinförmigkeit der Querschnittflächen der Faser innerhalb eines Änderungs· Koeffizienten von 25% im halten, sind zur Steuerung des Änderungs-Koeffi/ienten folgende Parameter bestimmend:

* 1. das Volumenverhältnis von Einbettungswerkstoff zu Faserwerkstoff.

2. die Größe und Temperatur der Warffibeärbeitung und/oder die Größe der Kaltbearbeitung zwischen dazwischenliegenden Anlaßvorgängen,
^h> 3. die Wahl des Einbettungswerkstoffes für einen

vorgewählten Faserwerkstoff und
4. die Verteilung des Faserwerkstoffes in dem Einbettungswerkstoff.

Die sogenannte »Nichtgleichförmigkeit« bei feinen Fasern, kann in zwei Bereiche unterteilt werden: den Grandbereich der Nichtgleichfomügkeit i^id den groben Nichtgleichförmigkeitsbereich. Beil« Grundbereich ist die Nichtgleichförmigkeit bedingt durch:

1. die Kornstruktur der Einbettungs- und Faserwerkstoffe, die wegen Anisotropie der Metalle Unregelmäßigkeiten auf der Faseroberfläche während der Reduzierverfahren erzeugt, wobei die physikalischen Eigenschaften der Metalle nicht in allen kristallographischen Richtungen die gleichen sind, und

2. Vorliegen von nicht-duktilen Einschlüssen in den Faser- und/oder Einbettungswerkstoffen, welche durch die Reduzierverfahren nicht beeinflußt werden.

Der grobe Nichtgleichförmigkeitsbereich ist der Bereich, bei lern der Änderungs-Koeffizient den Grur.dbcreich der Nichtgleichförmigkeit bei größeren Verformungsstufen Oberschritten hat Die Größe der groben Nichtgleichförmigkeit hängt ab von:

1. dem Verformungsgrad, der auf die jeweiligen Anordnungen zwischen aufeinanderfolgenden Rekristallisationswärmebehandrungen aufgebracht wird,

2. dem Unterschied der mechanischen Fließeigenschaften der verschiedenen Einbettungs- und Faserwerk toffe in der Anordnung,

3. dem Volumenverhältnis von Einbettungs- und Faserwerkstoffen und

4. der Verteilung des Faserwerkstoffes innerhalb des Einbettungswerkstoffes.

In Fig.29 ist graphisch der Grundbereich der Nichtgleichförmigkeit und die gesamte Nichtgleichförmigkeit gezeigt, wenn sie auf eine Tafel aufgetragen werden, wobei der Änderungs-Koeffizient auf der Ordinate und der Verformungsgrad auf der Abszisse aufgetragen sind. Aus F i g. 29 ist zu erkennen, daß ein bestimmter Verformungsgrad vorhanden ist, bei dem die Nichtgleichförmigkeit der Faserquerschnittsflächen einen schnellen Anstieg hat Dieser bestimmte Verformungsgrad ist als die kritische Verformung W_c definiert Wenn einmal die Faser- und Einbettungswerkstoffe ausgewählt sind, ändert sich der Änderungs-Koeffizient nur unwesentlich in Abhängigkeit vom Verformungsgrad, solange letzterer nicht in den Bereich der groben Nichtgleichförmigkeit gelangt

Jedoch nimmt die Größe des Grundbereichs der Nichtgleichförmigkeit zu und wird progressiv größer, wenn die Fasern progressiv kleiner werden. Die Graphik in Fig. 29 gibt an. daß die Gesamtnichtgleichförmigkeit eine Funktion des Verformungsgrades ist, und die Verfahrensstufen können so gewählt werden, daß dieser Bereich vermieden wird.

Die drei Graphiken in F i g. 30 zeigen die Kurven für Fasern aus nichtrostendem Stahl, die in Kupfer gezogen sind (A); Fasern aus nichtrostendem Stahl, die in Weicheisen gezogen sind (B) und Fasern aus nichtro stendem Stahl, die in Monel gezogen sind (C). Das Verhältnis von Einbettungs- zu Faserwerkstoffen ist für alle drei Kurven 2 :3. Diese Graphik gibt an, daß für die Fasern aus nichtrostendem Stahl mehr R.ekristallisationsbehandlungen während der Verjüngung t:forder- η lieh sind, wenn als Einbettungswerkstoff Kupfer verwendet wird, im Gegensatz zu Monel, um eine äquivalente Gleichförmigkeit zu erhalten.

In F i g. 31 sind vier Kurven gezeigt, wobei die Kurve A ein Volumenverhältr.is von Einbettungs- zu Faser-

ΐΐ werkstoff aufweist, das größer als das der Kurve B ist; das der Kurve B ist größer als das der Kurve C und das der Kurve C ist größer als das der Kurve D. Diese Graphik gibt an, daß es durch Verwend'ing von kleineren Volumenverhältnissen von Einbettungs- zu

jo Faserwerkstoff möglich ist, ohne dazwischenliegende Rekristallisationsstufen höhere Verformungsgrade zu erzielen, um Fasern herzustellen, die Querschnittsflächen aufweisen, deren Änderungs-Koeffizient innerhalb von 25% liegt. Demzufolge wurde festgestellt, daß durch Herabsetzen des Volumenverhältnisses von Einbettungs- zu Faserwerkstoff eine wirtschaftlichere Herstellung von Far em möglich ist, da ein viel höherer Verformungsgrad für die Fasern zwischen Glühvorgängen zu benutzen ist, ohne dabei in den Bereich der

so groben Nichtgleichförmigkeit zu gelangen. Da der Einbettungswerkstoff verloren ist, bietet die Verwendung von geringeren Mengen auch einen wirtschaftlichen Vorteil.

F i g. 32 zeigt eine Graphik, in der das Volumenver-

Ji hältnis von Einbettungs- zu Gesamtwerkstoff die Ordinate und der kritische Verformungsgrad W_c (% Kaltbearbeitung), welcher erforderlich ist um außerhalb des Bereiches der groben Nichtgleichförmigkeit zu bleiben, die Abszisse bilden in de- Graphik sind drei

■to gekrümmte Bereiche schraffiert gezeigt:

(a) ein Bereich für Kupfer als Einbettungswerkstoff und Fasern aus nichtrostendem Stahl.

(b) ein Bereich für Weicheisen als Einbettungswerk- *> stoff und Fasern aus nichtrostendem Stahl und

(c) ein Bereich für Monel 400 als Einbettungswerkstoff und Fasern aus nichtrostendem Stahl.

Die unterschiedlichen Abschnitte geben an. daß die jo Möglichkeit einer Durchführung von ununterbrochener Kaltbearbeitung ansteigt, wenn das Volumenverhältnis von Einbettungswerkstoff zu Gesamtwerkstoff herabgesetzt wird. So können durch zweckmäßige Auswahl des Einbettungswerkstoffs, des Faserwerkstoffs und der '·>'■> Größe der Kaltbearbeitung die optimalen Werkstoffe und die jeweils gewünschten Eigenschaften der herzustellenden Fasern erreicht werden.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen von mehreren metallischen Fasern, die jeweils Durchmesser von weniger ais 50 μΐη haben und durch abwechselndes Anlassen und Kaltziehen gebildet werden, während sie von einem verlorenen Einbettungswerkstoff umgeben sind, der anschließend von den Fasern entfernt wird, wobei eine Spur des Einbettungswerkstoffes auf der Oberfläche der Fasern zurückgelassen wird,dadurch gekennzeichnet, daß ein Faserwerkstoff und ein zugehöriger Einbettungswerkstoff so ausgewählt werden, daß ihre jeweiligen physikalischen Eigenschaften, wie mechanische Festigkeit und Kaltziehfähigkeit, das heißt. Längung pro Kaltziehvorgang, annähernd gleich sind, wodurch der Oberflächenbereich der Fasern verglichen mit einem kreisförmigen Zylinder gleichen Volumens uriJ gleichen Querschnitts wie die Faser vergrößert wird, daß das Volumenverhältnis der beiden Werkstoffe so gewählt wird, daß beim Kaltziehen beider Werkstoffe ein Querschnitts-Änderungs-Koeffizient, der von einer Reihe von Querschnittsflächen definiert ist, die längs der Länge der Faser genommen sind, von unter 25% beibehalten wird, daß der Käser- und Einbettungswerksloff. falls erforderlich, vor einem weiteren Kaltziehvorgang so angelassen wird, daß dieser Querschnitts-Änderungs-Koeffizient nicht überschritten ^-.vird. und daß die von dem Einbettungswerkstoff umgebene Faser ausreichend kaltgezogen wird, um eine textiUrtige Struktur durch Erzeugen einer rauhen, unbearbeiteten, nicht polierten und im wesentlichen bruchfreien Oberfläche auf der Faser zu bilden.

2. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß als Faserwerkstoff und zugehöriger Einbettungswerkstoff die folgenden Kombinationen gewählt werden: Edelstahl/Monel; Titan/Monel: Titanlegierung/Weichstahl; Nickel/Weichstahl und Nickel/Aluminium.

3. Verfahren nach Anspruch I. dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung von Bimetallfasern als Faserwerkstoffe jeweils Kupfer umhüllt mit Edelstahl, oder Monel umhüllt mit Edelstahl und als Einbettungswerkstoff Monel gewählt werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Faserwerkstoff und der zugehörige Einbettungswerkstoff so gewählt werden, daß das Oberflächen-Volumenverhältnis der Fasern den Wert 1 um einen Bereich zwischen 1 und 60% übersteigt.