DE2307002A1

DE2307002A1 - Friction welding alloys and metals - using an applied force, esp a deformation process

Info

Publication number: DE2307002A1
Application number: DE19732307002
Authority: DE
Inventors: Alfred Dipl Ing Ebbinghaus
Original assignee: Gesenkschmiede Schneider GmbH
Current assignee: Gesenkschmiede Schneider GmbH
Priority date: 1973-02-13
Filing date: 1973-02-13
Publication date: 1974-08-29

Abstract

Metal parts consist of >=2 different metals joined by friction welding through an applied force, esp. a deformation process, e.g. drop forging. The surfaces of the metals may be pre-formed or pre-treated and the process is esp. suitable when the deformation is applied vertically to the mating surfaces. E.g. a highly-alloyed stainless steel can be joined to a high-tensile steel, thus providing a corrosion resistant surface with reduced material costs.

Description

"Metallisches Formteil" Die Erfindung betrifft ein metallisches Formteil, das im Verlaufe seiner Herstellung einem oder mehreren Umformvorgängen unterworfen wurde. "Metallic molded part" The invention relates to a metallic molded part, which is subjected to one or more forming processes in the course of its manufacture became.

Formteile dieser Art werden in fast allen industriellen Bereichen eingesetzt, z.B.im Bergbau, im Maschinen-und Fahrzeugbau, im Gerätebau und in der Bauindustrie. Die Umformung bewirkt,daß durch die aechanische und thermische Einwirkung dieses Vorganges etwa vorhandene Poren und Hohlräume im Werkstoff durch Verschweissen verschwinden und daß Einschlüsse von @remdkörpern, wie sie bei der Erschmelzung des Werkstoffes infol-re metallurgischer Gegebenheiten entstehen und kaum verm@eden werden können,zertrümmert und zeilenfo#rmig gestreckt werden. Dadurch erreichen metallische Formteile, cie im Verlaufe ihrer Herst-llung umgeformt wurden, ein Höchstmass an physikalischer Güte, wobei besonders auch auf die günstigen Werte für Zug-und Biegefestigkeit, Streckgrenze, Kerbschlagzähigkeit und Wechselfestigkeit hingewiesen sei.Molded parts of this type are used in almost all industrial areas used, e.g. in mining, in machine and vehicle construction, in device construction and in the Construction industry. The deformation causes the mechanical and thermal effects this process any existing pores and cavities in the material by welding disappear and that inclusions of @ remd bodies, as they are with the melting of the material arise due to metallurgical conditions and can hardly be avoided can be smashed and stretched in lines. Achieve this metallic molded parts that have been reshaped in the course of their manufacture, a The highest degree of physical quality, with particular emphasis on the favorable values for tensile and flexural strength, yield strength, notched impact strength and fatigue strength should be noted.

Wenn dem durch Umformen gestalteten Formteil diese einzigartigen Vorzüge ein sehr weites Anwendungsfeld sichern, so kommt es häufig vor, daß neben der technologischen Güte zur Aufnahme der von aussen einwirkenden Kräfte auch Forderungen besonderer Art an die Oberfläche oder deren Teilbereiche gestellt werden, um physikalischen und/oder chemischen Einwirkungen zu widerstehen. Als solche seien hier beispielsweise von der erstgenannten Art der Verschleiss, die Erosion und die Immission nuklearer Strahlung, von der zweiten Art der Angriff auf die Oberfläche durch saure oder basische Stoffe in Form von Gasen, Dämpfen und Flüssigkeiten erwähnt.If the molded part designed by forming has these unique advantages secure a very wide field of application, it often happens that in addition to the technological Quality for absorbing the external forces, including special requirements Kind to the surface or its sub-areas are put to physical and / or to withstand chemical effects. As such, here are for example of the former type of wear, erosion and nuclear immission Radiation, of the second type of attack on the surface by acidic or basic Substances mentioned in the form of gases, vapors and liquids.

Konstruktion, Werkstoffentwicklung und industrielle Praxis bemühen sich unablässig, möglichst optimale technische und wirtschaftliche Lösungen für solche kombinierten Anforderungen an metallische Formteile zu finden. In einer Reihe von Fällen hat man auf Werkstoffe zurückgegriffen, die gleichzeitig günstige Festigkeiteigenschaften und grossen Verschleiss-und Erosionswiderstand aufweisen, z .B.Hartmanganstähle.Strive in construction, material development and industrial practice relentlessly to the best possible technical and economic solutions for to find such combined requirements for metallic molded parts. In a row In some cases, materials have been used that at the same time have favorable strength properties and have high wear and erosion resistance, e.g. hard manganese steels.

Auch für hohe physikalische Beanspruchung und gleichzeitige chemische Einwirkung gibt es Werkstoffe, z.B.die hochfesten und chemisch beständigen Stähle. Solche Werkstoffe sind aber als Rohstoff oder Halbzeug sehr teuer, ausserdem lassen sie sich nur mit beträchtlich erhöhtem Aufwand spanlos oder spanend verarbeiten. Das Ausweichen auf solche Sonderwerkstoffe ist daher bei Formteilen aus wirtschaftlichen Gründen nur sehr beschränkt möglich. Oft muss man aus Kostengründen von der optimalen Lösung weit entfernt bleiben, indem man einen Werkstoff aus sucht, der zwar einige Anforderungen physikalischer Art weitgehend erfüllt, aber anderen technologischen und chemischen Anforderungen nur zum Teil gerecht wird. Man muss dann für Instandhaltung und Ersatzteildienst einen meist recht beträchtlichen Mehraufwand in Kauf nehmen.Also for high physical stress and simultaneous chemical There are materials, e.g. the high-strength and chemically resistant steels. Such materials are, however, very expensive as raw materials or semi-finished products they can only be processed without cutting or cutting with considerably increased effort. The switch to such special materials is therefore for molded parts only possible to a very limited extent for economic reasons. Often you have to for cost reasons stay far from the optimal solution by looking for a material, which largely fulfills some physical requirements, but others only partially meets technological and chemical requirements. One must then, for maintenance and spare parts service, usually quite a considerable amount of additional work accept.

In einer Anzahl von Fällen kann man die oben erwähnten kombinierten Anforderungen erfüllen, indem man das Formteil in zwei oder mehrere Einzelteile aufgliedert, die man dann aus verschiedenen, auf die jeweilige Beanspruchungsart abgestimmten Werkstoff sorten herstellt und in bekannter Weise durch übliche Arten der Fügung wie Verschraubung, Verzahnung, Verstiftung, Schrumpfung o.ä.wieder zu einem Formteil zusammensetzt. So werden z.B.Lagerdeckel aus einem geschmiedeten, ausreicheid fest gestalteten Halteteil und einer Lagerschale mit den geforderten Gleiteigenschaften zusammengesetzt.In a number of cases the above mentioned can be combined Meet requirements by dividing the molded part into two or more individual parts which can then be broken down from different, to the respective type of stress Produces coordinated material types and in a known manner by common types the joint such as screwing, toothing, pinning, shrinkage or similar composed of a molded part. For example, bearing caps are made from a forged, Sufficiently designed retaining part and a bearing shell with the required Composite sliding properties.

Die Fügestellen solcher zusammengesetzter Formteile übertragen nur in eingeschränktem Maße Kräfte und Momente, dies bedingt eine grössere räumliche Bemessung des ganzen Teiles; ausserdem fällt durch die funktionsbedingte Passung an den Fügestellen ein erhöhter Fertigungsaufwand an. Vielfach ist aber auch eine Aufgliederung des Formteiles gar nicht durchführbar, weil bestehende Raum-und Einbauverhältnisse eine solche Lösung nicht zulassen. Ausserdem sind derartige Verbindungen gewöhnlich sehr aufwendig und kostspielig.The joints of such composite molded parts only transfer forces and moments to a limited extent, this requires a greater spatial dimension Dimensioning of the whole part; also falls through the function-related fit an increased manufacturing effort at the joints. But often there is also one Subdivision of the molded part is not feasible because of the existing space and installation conditions do not allow such a solution. In addition, such connections are common very complex and expensive.

Darüberhinaus ist das Panzern bekannt, bei dem besonders beanspruchte Stellen der Oberfläche eines Formteiles durch Auftragsschweissen von gleitfähigen, verschleissfesten oder chemisch beständigen Werkstoffen verbessert werden.In addition, armoring is known, where particularly stressed Positioning the surface of a molded part by build-up welding of slidable, wear-resistant or chemically resistant materials are improved.

Die Anwendungsmöglichkeiten dieses Panzerns sind jedoch sowohl hinsichtlich der Auswahl und der Paarung des Grund-und Auftragwerkstoffes, wie auch der Gestalt des Formteiles eng begrenzt.The possible uses of this armor are, however, both in terms of the selection and pairing of the base and application material, as well as the shape of the molded part narrowly limited.

So ist es z.B.-in der Regel nicht möglich, an den Innenflächen enger Bohrungen ein Panzern vorzunehmen. Da das Auftragsschweissen verhältnismässig aufwendig und kostspielig ist, eignet es sich wohl für die Instandsetzung, kaum aber für die serienmässige Herstellung von Formteilen.For example, it is usually not possible to narrow the inner surfaces To drill a tank. Because build-up welding is relatively complex and is expensive, it is probably suitable for repair, but hardly for the serial production of molded parts.

Die Erfindung bezweckt unter Vermeidung der bei den verschiedenen bekannten Ausführungen vorhandenen Nachteile ein Formteil zu schaffen, das optimal die an dessen verschiedene Stellen gestellten Anforderungen physikalischer und/oder chemischer Art erfüllt und darüberhinaus in seinem Materialeinsatz, seiner Herstellung, Lagerhaltung und seinem Einsatz kostenniedrig ist.The invention aims while avoiding the various known designs existing disadvantages to create a molded part that is optimal the physical and / or requirements made at its various points chemical type and moreover in its use of materials, its production, Warehousing and its use is low in cost.

Das wird dadurch erreicht, daß das zur Herstellung des Formteils umformbare Ausgangs stück aus mindestens zwei sich technologisch unterschiedlich verhaltenden, durch Reibschweissung eine auftretenden Kräften, insbesondere Verformungskräften, gegenüber untrennbare Einheit darstellenden Metallen und/oder Metall-Legierungen besteht.This is achieved in that the deformable for the production of the molded part Starting piece from at least two technologically different behaving, forces occurring through friction welding, in particular deformation forces, to metals and / or metal alloys that are inseparable consists.

Durch die Reibschweissung, natürlich sind der Reibschweissung analoge Verbindungsverfahren denkbar, ist eine Verbindungsfläche zwischen den das Ausgangs stück bildenden Metallen und/oder Metall-Legierungen gegeben, die einen festen und fugenlosen Verbund gewährleistet und sicher stellt, daß die eingesetzten sich technologisch unterschiedlich verhaltenden Materialien sich in optimaler Form und Stärke durch den Umformprozess an den erforderlichen Stellen des Formteiles befinden.The friction welding, of course, is analogous to the friction welding Connection method conceivable is a connection surface between the output piece-forming metals and / or Metal alloys given that a solid and seamless bond ensures and ensures that the used Technologically different materials behave in an optimal way and strength through the forming process at the required points on the molded part are located.

Es ist nicht mehr erforderlich das Formteil aus Einzelstücken zu bilden, um unterschiedliche Anforderungen an verschiedene Stellen des Formteiles zu erfüllen. Es ist nicht mehr nötig einen Kompromiss in bezug auf die Auswahl eines Werkstoffes zu ziehen, wenn verschiedene physikalische und/oder chemische Forderungen an das Formteil gestellt werden. Bei optimaler technischer Auslegung des Formteiles ist in bezug auf Materialeinsatz, Herstellung, Ersatzteildienst, Montage und Demontage ein wirtschaftlicher Einsatz ermöglicht.It is no longer necessary to form the molded part from individual pieces, to meet different requirements for different parts of the molded part. It is no longer necessary to make a compromise in terms of the selection of a material to be drawn when different physical and / or chemical demands are placed on the Molding are made. With an optimal technical design of the molded part with regard to the use of materials, manufacture, spare parts service, assembly and disassembly an economical use enables.

In Weiterbildung der Erfindung weisen die das umzuformende Ausgangsstück darstellenden Metallteile bereits vorgeformte oder vorbehandelte Verbindungsflächen auf.In a further development of the invention, they have the output piece to be reshaped representing metal parts already preformed or pretreated connection surfaces on.

Die zum Einsatz kommenden unterschiedlichen Metalle und/oder Metall-Legierungen besitzen natürlich auch unterschiedlich mechanisch-technologische Werte und werden sich bei einer Kalt-oder Warmverformung in unterschiedlichem Maße,d.h.mehr oder weniger unkontrollierbar, verformen. Durch vorherige Ausbildung der Verbindungsflächen in bestimmte Formen wie z.B.Stufen,Ellipsen oder Kreisausschnitte, zur Mittelachse des Formteils geneigte Flächen oder eine Kombination aus diesen Beispielen, wird der Verformungsprozess im wesentlichen vorbestimmbar und damit die Stärke eines wertvollen zum Einsatz kommendelì Materials und damit die Kosten des gesamten Formteiles erniedrigt werden können.The different metals and / or metal alloys used Of course, they also have and will have different mechanical and technological values with a cold or hot deformation to different degrees, i.e. more or less uncontrollable, deform. By forming the connecting surfaces beforehand into certain shapes such as steps, ellipses or sections of a circle, to the central axis of the molded part inclined surfaces or a combination of these examples the deformation process can essentially be predetermined and thus the strength of a valuable materials and hence the cost of the entire molded part can be lowered.

Fin weiteres Merkmal der Erfindung ist darin zu sehen, daß die Verformungskräfte im wesentlichen senkrecht zu den Verbindungsflächen zwischen den metallen und/ouer Metall-Lecjierungen ausgerichtet sind.Fin further feature of the invention can be seen in the fact that the deformation forces substantially perpendicular to the connecting surfaces between the metals and / ouer Metal Lecjierungen are aligned.

Bei den unterschiedlich mechanisch-technologischen Werten der zum Einsatz kommenden unterschiedlichen Materialien ist eine Verformung vorausseh-und vorausberecheribar, wenn Die Kräfte möglichst senkrecht zu den Verbindungsflächen ausgerichtet sind und stellen dadurch eine grössere Sicherheit für den Verbund dar, weil keine, bzw.nur sehr kleine Scherkräfte in der Verbindungszone auftreten können.With the different mechanical-technological values of the The use of different materials is foreseeable and deformation Can be calculated in advance if the forces are as perpendicular as possible to the connecting surfaces are aligned and thus represent greater security for the network, because no or only very small shear forces can occur in the connection zone.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den Ansprüchen und der Zeichnung, in der mehr oder weniger schematisch ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist.Further advantages and features of the invention emerge from the following Description in conjunction with the claims and the drawing, in which more or a preferred embodiment of the invention is shown less schematically is.

Die Zeichnung zeigt: Fig.l Ansicht eines Formteiles, Fig.2 die Aufsicht des Formteiles, und Fig.3 die Schnittzeichnung des Formteiles nach-dcm Schnitt der Fig.2.The drawing shows: Fig.l view of a molded part, Fig.2 the top view of the molded part, and FIG. 3 shows the sectional drawing of the molded part according to the section of the Fig. 2.

Es handelt sich bei den Fig.l bis 3 um einen Durchlaßflansch, wie er für säurefeste Hochdruckrohrleitungen zum Einsatz kommt.It is in Fig.l to 3 to a passage flange, such as it is used for acid-proof high-pressure pipelines.

Das Grundmaterial 1 ist ein hochfester Stahl. Mit diesem durch Reibscaweissung fest und fugenlos verbunden ist das Material 2 aus säurefestem Stahl, dessen radial innen liegende Oberfläche mit der Säure in Verbindung kommt und gegen diese beständig ist.The base material 1 is a high-strength steel. With this by Reibscaweissung The material 2 made of acid-proof steel is firmly and seamlessly connected, its radial inner surface comes into contact with the acid and is resistant to it is.

Claims

Expectations

1. Metallic molding, characterized in that the to its Production of formable starting pieces from at least two technologically different ones restrained forces caused by friction welding, in particular deformation forces, against metals and / or metal alloys that can be represented as an inseparable unit consists.

2. Metallic molded part according to claim 1, characterized in that the metal parts representing the starting piece to be reshaped are already preformed or have pretreated connection surfaces.

3. Metallic molded part according to claim 1 and / or 2, characterized in that that the deformation forces are essentially perpendicular to the connecting surfaces between the metals and / or the metal alloys are aligned.

Blank page