DE2263855A1 - Verfahren zur herstellung zusammengesetzter metallkoerper - Google Patents

Description

PATF,N ΓΑΝWALTE

Anmelderin/ 2263855 de. ernst sturm

DR. HORST REINHARD DIPL.-ING. KARL-JÜRGEN KREUTZ

COMITATCr NAZIOEAIE PER L¹EKERGIA ~~

NUGLEARE '-ONBIi _:

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Datum 28. Ifesember 1972 sch

Verfahren zur Herstellung zusammengesetzter Metallkörper ·

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung zusammengesetzter Metallkörper, nämlich zur Herstellung bimetallischer und polymetallischer Körper mit axialer Symmetrie, in denen die metallischen Komponenten mittels einer metallurgischen Bindung aneinander gebunden bzw. miteinander verbunden sind.

Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur Herstellung metallischer Körper, die aus zwei oder mehr aneinander angrenzenden Teilen bzw. Abschnitten bestehen, welche radiale Symmetrie um die gleiche Achse aufweisen. Die Umfangsschichten dieser Teile bzw. Abschnitte bestehen aus Metallen, die beim einen Teil bzw, Abschnitt unterschiedlich gegenüber den angrenzenden Teilen bzw. Abschnitten sind, wobei die Metalle miteinander durch eine metallurgische Bindung verbunden sind. Ein

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wichtiges Erfordernis zum Erzielen einer metallischen Bindung zwischen zwei Metallen besteht darin, daß die beiden Metalle reziproke metallurgische Affinität haben sollen. Zwei Metall«, die in ihrem reinen oderlegierten Zustand eine metallurgische Affinität in Bezug aufeinander haben, sind beispielsweise Zirkon und Eisen oder deren Legierungen.

Insbesondere in der Kerntechnik ist die Verwendung eines Materials wie Zirkon und dessen Legierungen, das bzw. die eine niedrige Neutronenabsorption besitzen und teuer sind, vorteilhafterweise auf den Bereich innerhalb des Reaktors begrenzt, wo die nukleare Reaktion stattfindet, d.h. auf den Reaktorkern, während andere Strukturmaterialien, die billiger sind, wie beispielsweise Eisen oder deren Legierungen, in den Bereichen außerhalb des Reaktorkerns bzw. Cores benutzt werden.

Im Falle derartiger Kernreaktoren, in denen die Brennstoffstangen ein aus Zirkon oder dessen Legerungen bestehendes Rohr aufweisen, daß das (spalt- bzw. brütbare Material enthält, ist dieses Rohr zwischen Kopfstückplatten angebracht bzw. eingepaßt, die aus Eisen oder dessen Legierungen bestehen. Da jede Brennstoffstange in einem Stopfen endet, der aus Zirkon oder dessen Legierungen besteht und dicht mit dem Zirkonrohr verbunden ist, ergibt sich das Problem der weiteren Verbindung

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dieser Zirkonstopfen mit den Kopfstückplatten, die aus einer Eisenlegierung bzw. Eisen bestehen.

Eine tatsächliche Bindung oder eine nicht unterbrochene Verbindung der miteinander zu verbindenden Teile ist. vorzugsweise eine mechanische Verbindung. Jedoch ist es bekannt, daß eine einfache Verbindung bzw. Naht zwischen Zirkon und einer Eisenlegierung, beispielsweise rostfreiem Stahl, zu keinem befriedigenden Ergebnis führt, wenn eine derartige Verbindung bzw. Naht mit Verfahren erzielt wird, bei denen ein Schmelzen der beiden Metalle hervorgerufen wird. Und zwar sind die Ergebnisse insofern unbefriedigend, als dabei große Volumina zwischenmetallischer Verbindungen gebildet werden, die wegen ihrer Natur flüssig sind und daher den Grund für die Beeinträchtigung der mechanischen Festigkeit und des Korrosionswiderstandes der Verbindung bzw. Naht bilden.

Mit dem Verfahren der vorliegenden Erfindung wird eine ununterbrochene Verbindung zweier Komponentenelemente erreicht, die aus Metallen bestehen, welche sich voneinander unterscheiden, jedoch in Bezug aufeinander metallurgische Affinität aufweisen: für dieses Verfahren können insbesondere die vorerwähnten Stopfen bzw. Endstücke erzeugt werden, die geeignet sind, eine ununterbrochene Verbindung zwischen eineji Brennstoffrohr und der zugehörigen Kopfstückplatte zu bewirken. _Z|~.

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Ein nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung erzeugter Stopfen bzw. Endabschlußteil umfaßt zwei zylindrische Abschnit te bzw. Teile unterschiedlichen Durchmessers, wobei das Teil kleiner-n Durchmessers aus Zirkon besteht und so bemessen ist, daß es in das Brennstoffrohr hineim>aßt, und wobei das Teil größeren Durchmessers aus rostfreiem Stahl besteht und einen Zirkonkern aufweist sowie so bemessen ist, daß es in eine ,jeweilige Bohrung durch die Kopfstückplatte Oaßt.

Me Verbindung zwischen dem kleineren Teilbzw. Abschnitt des Stopfens und dem Rohr sowie zwischen dem größeren Teil bzw. Abschnitt und der Platte kann durch konventionelle Mittel, wie beispielsweise durch Schweißen, bewirb werden.

"Das Verfahren der vorliegenden Erfindung basiert auf dem !Coextrudieren, bzw. dem gemeinsamen Pressen bzw. Strangpresse bzw. Ziehpressen metallischer Komponenten, die vorher in ihren plastischen Zustand gebracht worden sind. Eine Technik dieser Art ist in der US-Patentschrift 3 604 102 beispielsweise beschrieben, deren Gegenstand ein Verfahren zur Herstellung rohrförmi^er Verbindungen bzw. Nähte zwischen !Rohrförmigen Metallkomponenten ist, welche in Bezug aufeinander metallurgische Affinität besitzen.

Ein derartiges Verfahren besteht aus einer Anzahl aufeinande folgender Verfahrensschritte, die hauptsächlich das Extrudie

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ren bzw. Pressen Tdtw. Strangpressen bzw. Ziehpressen eines Doppelschichtbarrens zum Erzielen eines Doppelschichtrohres •umfaßt, sowie die Ausbildung des Roh£$s zur Herstellung von Ansätzen bzw. Einschnürungen längs desselben und die teilweise Entfernung der Außenschicht dee Rohres, welche diese Ansätze bzw. Einschnürungen in Querrichtung überschreitet.

Das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung unterscheidet sich von dem Verfahren nach der oben genannten Patentschrift sowohl in Bezug auf die Barrenkonfiguration als auch den Bezug auf verschiedene Verfahrensschritte, welchen die Barren nach dem Extrudieren bzw. Strangpressen bzw. Ziehpressen unterworfen wurden.

Nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung wird ein Barren hergestellt, der zwei oder mehrere koaxiale'Komponenten umfaßt, von denen die innerste ein fester Zylinder ist, der durch ein erstes Rohrelement umgeben ist, und, falls gewünscht, durch weitere Rohrelemente, wobei diese Elemente eins in das andere 'eingepaßt bzw. -gefügt sind, und wobei die Elemente gegebenenfalls in einer Hülle eingeschlossen sind, die aus dehnbarem bzw. geschmeidigem Metall besteht und in der ein Vakuum erzeugt

wird.

Der so erhaltene Barren wird dann erhitzt, um ihn in einen plastischen Zustand zu überführen, und anschließend extrudiert

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ο j c ο ρ et ε

bzw. stranggepreßt bzw. ziehgepreßt, so daß man eine feste Koextrudierte bzw. gemeinsam stranggepreßte bzw. ziehgepreßte zylindrische Stange erhält, in der die radiale Symmetrie des Querschnitts des Ausgan_Ssbarrens erhalten geblieben ist, und die aus einem Kern besteht, der aus einem Metall hergestellt ist, sowie einer äußeren Schicht aus einem anderen Metall, wobei der Kern und die Schicht an der zwischen ihnen vorhandenen Berührungsfläche aneinander gebunden sind.

Die koextrudierte bzw. gemeinsam stranggepreßte bzw. ziehgepreßte zylindrische Stange wird dann einer Bearbeitung und Fertigbearbeitung unterzogen, um sie von der dehnbaren bzw. geschmeidigen Umhüllung zu befreien. Die Stange wird darauf hin in eine Mehrzahl von Abschnitten der gleichen Länge durchschnitten, wobei diese Länge wenigstens gleich der Länge des zusammengesetzten Körpers ist, der als Endprodukt des Verfahrens erzeugt werden soll.

Jeder Abschnitt wird danach bearbeitet, damit man den gewünschten zusammengesetzten Körper bzw. Verbundkörper erhält.

dieses zu erreichen, wird die Metallmasse, welche die Umfangsschicht des Abschnitts umfaßt, für eine Länge desselben vollständig entfernt. Auf diese Weise erhält man einen Abschnitt, der aus zwei Teilen besteht, von denen das eine Teil mit kleinerem Durchmesser aus einem ersten Metall

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und fl.as andere Teil _VOn größerem· Durchmesser ans J .-.weiten Metall Gesteht, das ,jedoch einen Kern aus dem ersten Metall besitzt. Die G-renze oder die Stoßfläche zwischen den "beiden Metallen befindet sich auf einer zylindrischen Fläche, deren Querschnitt eines geometrisches Gebilde mit radialer Symmetrie ist, dessen eingeschri&ener Kreis einen größeren Durchmesser besitzt als der kleinere Abschnitt bzw. Teil der Stande·, diese zylindrische Fläche wird durch z.wei Ebenen begrenzt, die senkrecht zu den Erzeugenden der zylindrischen Fläche sind, und zwar eine an einem Ende des Abschnitts und die andere zwischen den beiden Teilen des Abschnitts.

Wenn ein Stopfen mit mehr als zwei Metallen hergestellt werden soll, der hier als polymetallischer Stopfen bezeichnet sei, ist dan Verfahren das gleiche wie bei der Herstellung eines bimetallischen Stopfens,- ,jedoch sind so viele Komponenten des Barrens wie Stopfenkomponenten -vorhanden, und alle bestehen aus "Rohrförmigen Elementen, die koaxial eines in das andere eingepaßt bzw. -gefügt sind, ausgenommen das innerste, das ein massiver Zylinder oder ein massives Prisma ist. Der "Bearbeitungsvorgang, der auf die Extrudierung bzw. das Strangpressen bzw. Ziehpressen und das Schneiden der extrudierten bzw. stranggepreßten bzw. ziehgepreßten Stange in Abschnitte folgt, ist in diesem Falle dazu vorgesehen, um ,jede Komponente für eine Länge ,jedes Abschnitts freizulegen. Bimetallische Stopfen können auch durch das erfind.ung gemäße Verfahren hergestellt werden, bei dem der Barrenkern,

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der aus einem der beiden Metalle besteht, von einer Schicht des anderen Metalls umgeben ist, das weiterbin von einer Schicht des einen Metalls umgeben ist.

Mit der Erfindung wird vor allem ein verbessertes Verfahren zur Herstellung bimetallischer oder Dolymetallischer Stopfen, Abschlußstücko o. dgl. mit radialer Symmetrie zur Verfügung gestellt, wobei die Komponentenmetalle in den Stopfen,' Abschlußstücken o. dgl. aneinander metallurgisch gebunden sind, und T.war längs ihrer Berührungsflächen, d.h. längs der Grenzflächen, die allgemein zylindrisch sind, zwischen zwei dieser Metalle.

Weiterhin wird durch die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen bimetalliscb er oder polymetallischer Stopfen, End- bzw. Abschlußstücke o. dgl. geschaffen, indem Metallmassen, die vorher in einen plasü sehen Zustand gebracht worden sind und in einer vakuumdichten Hülle eingeschlossen sind, koextrudiert bzw. gemeinsam stranggepreßt bzw. gemeinsam ziehgepreßt werden

Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die dadurch erzeugten Stopfen o. dgl. aus unterschiedliche Metallmassen bestehen, die mit einer metallurgischen Bindung wirKßam miteinander verbunden sind, und durch, welche die mechanischen Eigenschaften der Ausgangsmetalle nicht beeinträchtigt werden.

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Ein weiterer Vorteil d- es erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß der Bereich der Berührungsfläche, d.h. der Übergangs bereich zwischen den gebundenen Metallmassen.xcLllkürlich vorherbestimmt werden kann, υΐη die Ebnstruktionserfordernisse zu erfüllen. Die vorstehenden sowie weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung anhand einiger besonders bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 einen Längsschnitt eines Barrens, der zwei koaxiale

Komponenten umfaßt, die in einer äußeren Hülle eingeschlossen sind;

Figur 2 einen Querverlaufenden Schnitt durch das zylindrische Teil des Barrens der Fi^ur 1 ;

Figur 3 einen Zwischenschritt des Extrudierungsvorgangs bei

einem Barren der Bigur 1, durch welchen eine koextrudierte Stange erzielt wird;

Figur 4 einen Querschnitt der ko exerzierten Stange, die durch den Vorgang nach Figur 3 erhalten wird«

Figur 5 a eine teilweise perspektivische Ansicht eines

Abschnitts der koeybrudierten Stange nach Figur 4;

und

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Fi-ur 5 b eine perspektivische Ansicht eines Stopfens, H_er aus dem Stangenabschnitt der Figur 5 a hergestpllt worden ist, indem die Einhüllende des Ausranp\sabschnitts bzw. -teils,die in gestrichelten Linien geneigt ist, bearbeitet und fertig bearbeitet wurde.

Zum Zwecke der Klarheit der Darstellung· wird in der folgenden Beschreibung nur die Herstellung von bimetallischen StoOfen o. dgl. näher erläutert, wobei davon ausgegangen wird, daß die erforderliche Anpassung dieses "Verfahrens zum Zwecke der Herstellung von polymetallischen Stopfen o. dgl. dpnn ohne weiteres erkennbar ist.

Unter Bezugnahme auf die Zeichnung sei darauf hingewiesen, daß das Verfahren zur Herstellung bimetallischer Stonfen mit radialer Symmetrie die folgenden Verfahrensschritte umfaßt: Herstellung des Barrens und der Umhüllung, "Entfettung und Reinigung derselben, Einschließen und vakuumdichtes Verschließen des Barrens in der Umhüllung, Extrudieren bzw. Strangpressen bzw. Ziehpressen (nachstehend durch den Ausdruck "Extrudieren" insgesamt erfaßt), Zerschneiden der extrudierten Stange in Abschnitte und Bearbeiten der Abschnitte.

Durch den ersten Verfahrensschritt wird der Barren hergestellt, der zwei Metallblöcke 1 und 2 von im wesentlichen der gleiche Länge umfaßt, von denen jeder aus einem Metall besteht, das

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metallurgische Affinität hinsichtlich des Metalls des anderen Blocks aufweist, wobei weiterhin die beiden Metalle im Hinblic auf den Tibctrudierungsvorgang miteinander verträglich sind, d.h. geeignet, gemeinsam exrbrudiert bzw. stranggepreßt zu werden, damit auf diese Weise eine koextrudierte Stange her-• gestellt wenden kann.

Der Block 2 dieser beiden Blöcke hat eine Rohrform, so daß er in sich den Block 1 aufnehmen kann, der vorzugsweise zylindris j oder prismatisch sowie massiv ist. Darüberhinaus wird eine

! zylindrische Umhüllung 3 aus dehnbarem, schmiedbarem, ge- • schmeidigem o. dgl. Metall hergestellt, in welcher die ; Blöcke eingeschlossen werden können und einen umhüllten Barre bilden. Insbesondere kann beispielsweise der innere Block aus Stahl bestehen, während der äußere Block aus Zirkon oder dessen Legierungen und das Gehäuse aus Kupfer besteht.

Die beiden Komponenten 1, 2, die auch als aktive Komponenten des Barrens angesprochen werden können, werden, nachdem sie entfettet und entgast worden sind, innerhalb der Umhüllung 5 zusammengefügt, die nachfolgend von den darin enthaltenen Gasen evakuiert und sorgfältig abgedichtet wird, um sie unter Hochvakuum gasdicht zu machen: die Umhüllung wird durch das Rohrverbindungsstück 4 mit bekannten Mitteln evakuiert, wobei dfeses Rohrverbindungsstück anschließend di cht verschlossen wird.

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TTnter Br>?u<]rnahme auf "Firrur P, die einen Querschnitt des Barrens der ^igur 1 zeifrb, ?°i darauf hingewiesen, daß scharfe Nuten, Ausnehmungen o. dgl. oder in Längsrichtung verlaufende Einkerbungen, Einschnitte o. dp·].. S auf einem der beiden Blöcke vorgesehen spin können, nnd ?war charakteristischerweise au-P * er Oberfläche des Blocks, die mit dem anderen Block ι verbunden werden soll.

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Dieser Kniff, der in den vorerwähnten Pf+.ent Janp? er"rt-?r··; i^x. eignet sich sehr zur Verbesserung der Qualität einer metallurgischen Bindung, Tatsächlich

neiren derartige iltisnehimriren und Einschnitte, die auf der Oberfläche des

i härteren der beiden Metalle ( Stahl^ -wor^esohen. ;3ind, während des Krbrudi erungs schrittes in das zweite weichere Metall (Zirkon oder desren Lepierun^en) und erzeugen unmittelbar bzw. augenblicklich einen frischen Ber^hrun^sbereich, der frei vnp Oberfl^chenoz^dationen ist, die einer der Hauptgründe einer fehlerhaften "etallurgisc'nen Bindung sind.

Der Barren wird dann bis auf feinen nlastipohen Zustand ^rh^'t^t irad. innerhalb eines Te^neraturberniches fehalten, bei dew sich das Barrermiaterial vrid die TTnhⁱil"lun'2: in ihrem "olästisehen Zustand befinden; dieser Bereich lieft im vorliegenden Palle zwischen 800 G und ^00 G; anschließend wird der Barren extrudiert, wie in Fifrir 3 veranschaulicht ist, d.aniit man eine ^.usaiunengepetzte Stange 6 erhält, die in Querschnitt in Fi-Tur 4 fezei^t ist, wo ran auch den Eindringe ff ekt der Gr^te, Elanten o.d«?]..? erkennt. Ss sei darauf hingewiesen, daß die extnidi ert« Stpnge noch ihre Umhüllung aus dehnbarem bzw. geschmeidigen 'Metall aufweist.

Es kann eine konventionelle MetallstranffDrerre vervjendet werden, von der in Figur 3 nur der Bruckkolben, Stenroel, Stössel o.dgl. 7> <3-^e^ Dorn 7% die PresstoOfmatrize 8 und der PresstoOfmatrizenhalter 9 ireneiirt sind. Der Pfeil deutet die Laufrichtung den !QmckP-olben?ar. "Pi'ctit 5 bezieht. Pich auf die nachfolgenden Schritte des Schneidens und Bearbeiten?* der extarodierten Stange 6. Durch diese Schritte wird die Stange in einer Anzahl von Abschnitten 1o geteil" von denen ,ieder eine Lr'nge besitzt, wie sie erforderlich ist, damit man den endgültigen bimetallischen Körper 11 - spezifischerweise ein Stopfen o.dgl. nur durch Bearbeitung^vorgänre erhalt. Nach demßearbeitungsschritt ist das Endprodukt dieses Verfahrens ein Metallkörper, ^er zwei aneinander angrenzende und koaxiale ¹EeUJS¹ unterschiedlichen Diirohmesser^ unfaOt. Das Teil kleineren

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Duxchmessorsi besteht im ""Ό rl ie senden !''alle nur aus ro nt frei em vtnhl, während das benachbarte .Teil ^rr~cö' eren 'Xirchmessers a¹ is einem Kern 1 aus rostfreien Stahl und aus einer Au?ensohiont avs Zirkon oder dessen Legierungen besteht; diener Fern und ^ie Au'-'-emchicbt Pinö¹ ] rn^ci-s ei-^er τνΐ indrinehen '^eTl■ffe? t.<vn gerieften o.dgJ. Oberfläche aneinander ^ebimd en, Vielehe die gleiche Lv^rr besitzt, wip das Teil -"TöGeren IXi.rchmessers de?¹. Körnen? und vr^l cYο an firemen dieses Teils b^v;. abschnittspTii^eren ft^rc^moFrers t^¹'."! s r^:""* Li.nie 12 erscheint, die ihrerseitR einen ^fsrschnitt ^ir^or .^e^ ten o.d"·!. Zylinderfläche darstellt.

Die vorerv/äbnte rieclianinche B^arbeitun,": uirfaßt eine Abdrehbearbeitunp; vr.ä eine tVidbearbeitun^, vrodurch die koextrudierte Unhüllun-T 3 zunächst l.^;;n"-s der besamten errtrudinrten Stange entfernt wird. Diese wird dann durchgeschritten, so daP nar eine Anzahl von Abschnitten konstanter bsv. gleicher L'n^e erhalt, welche die Abmessun^erfordernisse des 3ndnrodulcts erfüllen. Die iuPenfohiobt : : vird d?.nn von .jedem Abschnitt über einer gewissen Teil von dessen L~.n«;e en.t- ! femt, so daß das Fetall des Stangenkerns 1 über diese selbe Län^e freite¹ 3^t wird.

Nach dieser Bearbeitung ist dor bimetallisehe Stopfer bereit, um in der oben beschriebenen Weise benutzt zu werden, d.h. um an andere Metallkomponenten angeschweißt zu werden, wobei .iedes Netall des Stonfens an eine Komponente angeschweißt wird, die a.us einem damit verschweiRba.rem Fetall besteht.

Selbstverständlich können zusätzlich zu den vorbeschriebenen Verarbo.itvr^rT'^tro'"- :

o^ngen v/eitoro maschinelle Bearbeitungen an dem Stanr;enabschnitt vor^enonn^n : werden. 3eispielsv;eise kann eine Iroaxial zum Stoffen verlaufende ^ohrun- vor- j gesehen werden, die eine durchgehende Bohrung oder nur eine zylird.-rvsch-* Λιπ- i

^ sein kann.

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Sin? wp-'ter» Erlfmteruia? der quantitativen Asnekte rlnr> erfindunrsgemäßen Vor?ahrens nrfol-<H: durch die folgenden Beis-oiele, auf vrelche die Erfindunfr keineswegs beschränkt ist. wobei eines dieser ."Beispiele in Einzelheiten befo.brinben ist, während die anderen in der Tabelle 1 zusammengefaßt sind.

Pe" s^~*** o~t

"Dieses B-"?i ^pi^l bezieht sich auf einen zylindrischen Barren-der Art. wie in den "K¹XSiJLrer 1 und 2 veranschaulicht, wobei der Barren 2oo mm lan/r ist und einen kro-isformiiren Querschnitt v<->n 81 mm Durchmesser besitzt.

Die bp.id°r koarialen Komponenten besitzen die frleiobe Län^e und sind eine in ■'"lir snci^re οίπτιη^+ b'^i-'.-^^'f'ip't wordpn. Die innere maßive zylindrische P'onroonen-' te h^tte einen Diirchmesser von 1⁷ π« und. bestand aur rostfreien Stahl AISI 5°4-mit in Län^srichtirn.!? verlaufenden Ausnehmun.^en, wie sie durch d.as "Bezu^szeichei 5 in "'i.^r 2 veranschaulicht sind. Die andere "rohrförmip:e Komponente vor 48 mm äußerer "'Kirchnerser bestand aus ^ircäloy 2. Der rostfreie Stahl ?οΛ L hatte eine ZusaTm^n^e+zunr vor 19 ^lp Or, 1o % Fi, o,o3 % C mit Eisen als Rest. Zircaloy 2 hat ein^ ^.isnmpiensetzting vor o,o2 Hf, o,12 ?e, 1 ,"Ί-6 Sn, ο,ο¹^ Μ mit ¹¹Ji 130η a.n" Eest. Beide Komponenten des Barrenn wurden in eine Weichesenhülle ein^ischlosser j d^r^r äußerer "Durchmesser 81 mm betrug: und die anschließend auf einen Druck von weniger air 1„1o~ Torr evakuiert und dicht verschlossen wurde.

Yor r'i-"¹ir^>in^r^i.n^iv in die va^aiumdichte Hülle (die auch als Hantel, Gehäuse, ⁷iehi^:3trin o.drl. bezeichnet werden kann) vmrde die innere Komponente aus rostfreiem :;tahl und die Hülle entfettet und ent-Tart, während die äußere HiH se aus /'i-^ploy 2. pin? entfettet worden v/ar.

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Nach Erhitzung des Barrens für zwei Stunden hei 9oo C in einem Ofen wurde dieser dann mit der in Figur 3 dargestellten Vorrichtung extrudiert bzw. stark gepresst, wobei die Vorschubgeschwindigkeit des Druckkolbens ¹J gleich o,4o m υro Miru+e war.

Nachfolgend sind andere Bedingungen des Extrudierune'svorranß's bzw. de*; Stran^- nressens wiedergegeben. Das Redu^ierun^sverhältnis der Querschnittsbereiche der Komponenten des Barrens vor und nach im Ifctrudierungsvorgangs bzw. im Strangpressen betrug 4»9 zu 1. Der äußere Durchmesser der extrudierten Stange betrug 36 mm, und die ungefähre Länge war 1 m.

Die Zeitdauer vom Augenblick, in dem der Barren ans dem Erhitzungsofen herausgenommer worden war unr> dem Zeitpunkt, in der· sich der 5ktrudi<">rungs- Druckkolben 7 zu bewegen begann, war 7 Sekunden.

2 Der Arbeitsdruck der Presse betrug 1,45 k" pro cm und wurde wälirend des

gesamten Extrudierungsvorirangs konstant gehalten.

Die Biden der extrudierten Stange imrden rechtwinklig zur Stangenachse abgeschritten.

Von den Endabschnitten und. vom Ilittelabschnitt dor extrudierten Stange sind mehrere Proben im Form kreisförmiger Scheiben von 1o mm Dicke genommen worden, Diese Scheiben zeigten, nachdem sie poliert worden waren, aufgrund metallographischer Analyse, daß sich zwischen den beiden Metallen der Stange eine kontinuierliche und gleichmäßige metallische Bindung ausgebildet hatte.

Weiterhin wurden gemäß den Standardmethoden Zug- und Biegnngsnriifungen ausgeführt, die zeigten, da^P die metallische Bindung zvincher den beiden Metallen

-eine Bindung hoher Qualität_. war, _ __._.... _

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⁸^ OR/G - 17 -

Es wurde ein Satz von Prüfungen durchgeführt, run die Beprodtizierbarkeit der mit dem erfindunrsgernäßen Verfahren erhaltenen Krgebnissen zu verifizieren. Iri der folgenden Tabelle sind die Ergebnisse dieses Satzes von Pr"funken zuammen mit einigen der Verfahrensnarameter vaefler^e^ebeni Durch die Ergebnisse dieser Prüfung \mvae bestätisi;, daß dar. Verfahren des Verbindens von Metallen miteinander durch den erfindungsgemäßen Vorgang außerordentlich zuverlässig und sicher i

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- 18 Tabelle 1

Zugprüfungen bzyr. Zerreißproben, die mit einigen Arten der Verbindungen von rostfreiem Stahl mit Zircaloy 2 ausgeführt wurden

Referenznr. Stahlbezeichnung Barrentemperatur Reduzierungs- Teststück- Äußerste der Extrudieren« ( C) verhältnis querschnitt Druck-Zug-

Spanni

<*>	TB-71	AISI	304	L	850
O
(O
OO
U)	TB-71/2	AISI	304	L	820
CJ
^«· O
-»J	TB-71/2-Δ	AISI	504	L	900
««j
co
	TB-71/9	AISI	304	L	820

4.9	1 Il Il	X	3-5 ti ti	47.2 49.1 39.8
4.9	1 ti tt	X	3.5 Il It	50.4 49.6 47.1
4.9	1 It ti	X	3.5 Il tt	45.4 35.5 40.9
6.5	1 Il Il	X	3.5 It It	52.6 5O.2 54.3

Fehler des Teststückes trat im Zircaloy auf; der Verbindungsbereich blieb unverändert.

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Zusammengefaßt betrifft die'Krfindimg ein Verfahren, bei der» ein Barren, der aus zwei oder mehreren Metallmassen hergestellt ist, die eine in die andere ineinandergefügt bzw. - gefaßt und in einem vakuundichten "Behälter bzw. in einer vaknumdichten Hülle eingeschlossen sind, durch eine kreisförmige Matrize erctrudiert bz-w. stranggepresst wird, so daß man eine maßive mehrere Schichten aufweisende Stange erhält, deren Schichten metallurgisch aneinander gebunden bzw. miteinander verbunden sind. Die Stange wird in Abschnitte geteilt. Jeder Abschnitt wird bearbeitet,um eine Schicht über eine erste L'"nge des Abschnitts. zwei Schichten über eine zweite Länge el es Abschnit usw. zu entfernen, bis der Kern der extrudierten Stange freigelegt ist. Auf diese Weise wird ein Körper erhalten, der aus einer Anzahl von aneinander angrenzenden koaxialen Teilen bzw. Abschnitten mit radialer Symetrie um die gleiche Achse besteht, wobei der TJmfangsteil ,jedes Abschnitts aus einem Metall ist, das sich von den angrenzenden Abschnitten unterscheidet.

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Claims (1)

1. )?erfahrer zur Herstellung eines, vorzugsweise maßiven, Metallkörpers, der ans wenigstens svei renrc^npTter 'bsohnitten brw. Teilen o.d-^1. besteht, die eine radirle Symetrie ujp die ^!eichs Achse aufweisen, wobei die Umf?r>^r;sboreicbe ipder de"" Abschnitte b^w. Teile aup einem Metall besteher, das Tic'"¹ von dem des anderen Abschritt b^w. Teils unterscheidet, ,iodoch eine "etallur-ü.sche Af^init^t bezücl'ch desselben besitzt, i'pirpnnzeic^ret d^r^h die .■^po.¹..^r:enclen Verfahrens schritte:

. pi). FerrXe¹Iu^." T'eior K^lindrinch^r Blöcke vcn im wesentlichen der bleichen Jjc~'nⁿ'e, von denen jeder a¹)^ ei^en dr'.eser FetalI^ her^e^te¹ It .irst, und einer z^/lindrisohen Kille, dio aus ei^en .^pschrrpid: ?r>n, rie^nhnT-^r, RPhmedbaren o.dfl. Metall besteht, wobei einer d.er Blöcke r.a^iv nrd ^pt* andere ^o^rforpiiT ist und wobei der innere Durchmesser des rohrförmigen Blocks im wesentlichen rleich dem äußeren iXvrobnesser den maßiven Blocks Tind der innere Durchmesser der Hülle im wesentlichen gleich dem 'ruCeren Dnrchre^ser des rohrförmigen Blocks ist;

b) fintfräsen und Reinigen der Blöcke und der ΗΠ.!^ηβ;

c) Ineinanderfügen der Blöcke, einen in den anderen, so daß ein Barren ausgebildet wird;

d) Einschließen des Barren in der Hülle, Erzeugen eines V^kuiun-: darin urd vakuumdichte Abschlie^un^ derselben;

e) i'fberführun^ des Barrens und der Hülle in einen plastischen Zustand durch Erh i t ζ en;

f^ Extrudieren b?w. Strani^nressen des Barren durch eine kreisförmife Matrize, so dpi":¹ ma^ e^ne ^uspjrimen^esetzte maßive zylindrische Stanfre j

erhält, deren innerer Teil oder Kern aus einem der Metalle besteht,

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BAD ORiGiNAL " ° "

während der äxift^e 'Teil aus dem anderen der H^+al^e besteh+,

Metal].'=* an ^e"** H-renze zw'pfh™ dier.on 'Peilen notallnr^i sch aneinander fiebvnden

hr_W, miteinander verbunden Ti

"*) !"hirr-nprjh-Tet^e¹"! Λ -»r VbTi^i ^QT>ten Stande !".n-^oheTiw, die senkrecht zur ■ ihrer LTnerianhse sind, sn da^f5 nan »ine At>.ztJi1 von Abpcbritten erhält; itnd

h) Stitfermm."· dn^ .'"irant.tqr äußeren Toils imfi einer flaohnn Schicht des innoreR T^iIs von ei^or v^rbectimn^pn ^τ·^Γη·α des s^ erhaltenen Abr.chnitts, so da!?- dadurch ein integraler "Όζν. inte.^rrierenfler Körner erhalten ^ird, der zvTai aneinander anrcenzende. spline¹ riscbe vz\ö koaxiale Abschnitte b"W. Toil ρ unter'S'jhiedlichen Durchmessers rmfa^t, vor denen der eine mit der. kleineren Turchme^ser nur ans denjenigen Metall besteht, aiin i-ralohem der Kern dor '■■tan'*? hergestellt worden ist, wahrend dor andere mit den /*rö;^:>eren Burchniesser an einem Kerr des einen Metalls vnä. einer AuP-enschicht des anderen Fet.^ll? besteht, -n.nd z^Tiar aiii den gleichen Metallen, aus denen die ertrudiert^ Stange hergestellt worden ist, wobei ferner die Berrähninrnflache, lan<*9 deren die > ><=>?' ^^r FfH^lIe rmein^n^er

sind. zylindrisch ist und an einem Ende dxirch die Erdfläohe des j

K^r^er^ bf-^ren^t wird, x^Jxrend die ari anderen ^d ^a durch die rini^fon^ifo

bzw.

Sndflrche des Abschnitts dee T^iIs "röteren "Durc-h^.essers benennt wird»

?. Verfahren, inebesordere nach Anspruch 1, zur Herstellun⁰: eires, insbesonder4 npP-iver. Metallkörper⁰, der a.us einer Mehrzahl von aneinander angrenzenden Abnchm"tten b?w. Teilen besteht, die alle ^radiale 37Tüetrie w die "leiche ArIiHe rmfweisen, wobei die IMfan^sbereioh^ redes dieser Abschnitte bzw» Teile aus e^rem Fetal] bestehen, das pich v^-a dem.ienisren den b3naohbsrten -^bschnitts=j bzw. Teils bzw. der benachbarten Abschnitte bzw. Teile unterscheidet, jedoch metallurgische Affinität bezüglich das es Metalls Jb^-f.

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ORIGINAL _ ^ _

<-><-!O]- ι eta"¹ le besitzt, ^eVennseichnet durch, die folgend-"!η Verfahrsn^mbritte: j

a) Herst -ill¹ vi™ ym ?iner Anzahl lylindrin^.hor Blöcke, wobei An^a^l vor?T/-T;v/risq rl eich, dor Zah? de"" aroinr-n^eT* fi.r.^r-7?r;^^enden. VorOh^vii1'."t^e; d^r; TIo^iall^^rrerr; ist, und wobei di° '^'lo^ko im wesrntlio^Vie'n d:.·? .^leiobo u:"jir-_e b-'e^it^en ϋΛά riner dieser B¹Oo¹'" iuv;?,iv int, wänrend die ardernn -"ohfformi"- si^d und v'onpi. fer^^riT' die ^r>;uerschnitte d.ieser Blöcke so beinense^ Bind, daB r.i.o aufrirander^ol^ond drier ir. dⁿn anderen eir™"^"^. b"/', -fe^a^t werden ι-οτη⁰

i-Te"""toT^Ίμπγ" pj.n^r r'"/'"'.ird^T*'^;nr''"'?^ri Κι'ΠΤ«? πι.¹' d^hnb^rem, "^^TloflbpTOn, f'p-Hcb.Tneiyi ^^pn o.d-"?. ,T'>tn"i] , florin Tnnerdu^ch^esser irn ve ξ ont liehen gleich dem Aw'endurctune^ner d.^s ^ößteri der Blöcke irt;

i c) Ert^a^en ^nd Rrini"en der Blöcke ijnd der Hülle;

d) Tneirande^f^'^n ^r^r. -^a~?,e^ "¹P"" ^p.lcoke, und ?,v;ar aufeinanderfolgend in anderen, znx Ausbi?dur.r" e:^;nes barren;

Einnchl''o^en dor ^:!.?rrens ir de^ it"!¹ le, ^:>zen"en eine^ Val^pins darin ichteo A^r. oh] ie "en derselben;

BAD ORiGiNAL

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(f) Überführen? des *arr«ns un* der Hülle in einen

-,- ülastischen Zustand durch Erhitzen-

(Ό Extrudieren bzw. Stra^press-n des Barrens durch eine"kreisförmige Scheiben bzw. Matrize, so daß m*n eino zusammengesetzte massive z-vlind.r^' sehe Stange I erhält, die ans ein^m Kern und so vielen auf einander-] folgenden Schichten besteht, wie mhrförmige Elemente! in dem "Barren waren, wobei der Κ^τη und. .iede dieser Schichten metallurgisch mit den benachbarten Schicht verbunden bmir. metallurerisch an dies° benachbarten Schichten gebunden sin'¹;

(h) Durchschneiden der extrudierten bzw. stranggenreßten Stange längs Querebenen, so daß man eine Anzahl von Abschnitten erhält■

Ci) Entfernen der gesamten äußersten oder p-rst^n Schicht und eines flachen Teils' der ihr zunächst liegenden ο^Λer zweiten Schicht über eine vorbestimmte Läncre der Abschnitte; Entfernen der gesamten ersten Schicht, der gesamten zweiten Schicht und eines flachen Teils der dritten Schicht über eine weiteren vorbestimmte Länge des Abschnitts; und sofort, bis der Kern der Stange über eine vorbestimmte weitere Länge des Abschnitts freigelegt ist- fo daß man einen, vorzugsweise massiven, Metalliröro^r erhält, der aus benachbarten Abschnitten besteht, deren TMtangsteile aus

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Metallen sind, die sich von den?n der benachbarten Abschnitte nnt^rscheiden.

Verfahren zur Herstellung bimetallischer Körper nach An srsr¹ ich 1,

dadurch gekennz^ic^n^t, daß dpp pns härterem Metall bestehend p. Kör^^r _mi.t ein°r "RoI hp von in Längsrichtung icier scharfpr Ka^t^n, Grat^, Krhebnn^en o. d^l. i^t, so daß diese während des 5xtrud5.erunprs- bzw. StranffOreBvo^p-aJigs in das v/eichere Meta.].], eindringen.

4) "Verfahren zur Herstellung polymetallischer KörOer nach A⁷¹RT)^uCh P,

dadurc^ gekennzeichnet, daß ,ieder Meta].lblock mit in LänffsrichtunÄ verlaufenden scharfen Fanten, Graten, E-nhpb^n^en o. dgl. auf derjenigen Oberfläche des Blocks versehen ist, die metallurgisch mit der eritst>rechenden Oberfläche eines weicheren Metalls verbunden b?;w. an diese gebunden werden soll.

5) Bimetalliseher Körper,

gekennzeichnet durch zwei aneinander angrenzenden zylindrische und koaxiale Abschnitte unterschiedlichen Durchmessers, von denen der eine Abschnitt mit kleinerer

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Durchmesser aus einem "vo-nbestimmt^n Metall besteht, während der andere Abschnitt mit größerem Durchmesser aus einem Kern des ein^n -vorbestimmten Metalls imri ans einer Außenschicht eines anderen vorbestimmten Metalls besteht, wobei die beiden Metalle längs einer Sägezahn-, Zickzack- o. dgl. -förmigen Oberfläche metallurgisch, aneinander gebunden sind, wobei forner d.iese Oberfläche j sr einem "Ende durch die Endfläche bzw. Stirnfläche des ₍ Körpers und am anderen Snde durch die ringförmige Endfläche brw. Stirnfläche des Abschnitt" größeren Durchmessers begrenzt ist.

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