DE2329778A1 - METHOD OF FORMING PLATE MADE OF SUPERPLASTIC ALLOYS - Google Patents
METHOD OF FORMING PLATE MADE OF SUPERPLASTIC ALLOYSInfo
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Description
D-8023 München ,"ullach
Wienersir. 2. Γ. Ndin. 79305 7 J, T)I ι ra D-8023 Munich, "ullach
Wienersir. 2. Γ. Ndin. 79305 7 J, T) I ι ra
1/MÜ 8023 Pullach, den 7. Juni 19731 / MÜ 8023 Pullach, June 7, 1973
Imperial Smelting Corporation (Alloys) Limited Austral House, 9 Basinghall Avenue, London, E.C.2,EnglandImperial Smelting Corporation (Alloys) Limited Austral House, 9 Basinghall Avenue, London, EC2 , England
Verfahren zum Formen von aus superplastischen LegierungenProcess for forming from superplastic alloys
bestehenden Blechenexisting sheets
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Formen von aus superplastischen Legierungen bestehenden Blechen.The invention relates to a method of forming superplastic ones Alloys existing sheets.
Die Zusammensetzung und die Eigenschaften einiger superplastischer Legierungen sind im einzelnen in dem Artikel "Superplasticity in an Al-Zn Alloy" von Backofen, Turner und Avery, Transactions of the A.S.M., Volume 57 (1961O, Seiten 98Ο bis 99O beschrieben.The composition and properties of some superplastic alloys are described in detail in the article "Superplasticity in Al-Zn Alloy" from oven, Turner and Avery, Transactions of the ASM, Volume 57 (196 1 O, pages 98Ο to 99O.
Eine Eigenschaft besonderer Bedeutung von superplastischen Legierungen besteht darin, daß ihre Festigkeit unter bestimmten Bedingungen extrem niedrig ist. Somit sind bei der Verarbeitung superplastischer Legierungen die Verformungskräfte klein. Es wurde gezeigt, daß aus superplastischen Legierungen bestehende Bleche in einer Weise die ähnlich den üblichen Kunststoffmaterialien ist, einer Warmformung unterzogen werden können. Eine typische Gruppe superplastischer Legierungen, die auf der eutektischen Zusammensetzung von Zink/Aluminium aufbauen, d.h. 78? Zink 22? Aluminium.A property of particular importance for superplastic alloys is that their strength is extremely low under certain conditions. Thus are in the process of processing of superplastic alloys, the deformation forces are small. It has been shown to consist of superplastic alloys Sheets can be thermoformed in a manner similar to conventional plastic materials. A typical one Group of superplastic alloys based on the eutectic composition of zinc / aluminum, i.e. 78? Zinc 22? Aluminum.
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Es ist ersichtlich, daß es zur wirtschaftlichen Durchführung des Formverfahrens erforderlich ist, daß ein geformter Gegenstand aus dem Gesenk oder der Form sobald als möglich nach dem Formvorgang herausgenommen werden kann. Somit ist, während einerseits die niedrige Festigkeit der Legierung während des Formvorganges vorteilhaft ist, andererseits diese Eigenschaft die Ursache dafür, daß das aus der Legierung bestehende Blech bei dem Versuch den Gegenstand aus dem Gesenk bei einer erhöhten Temperatur herauszunehmen, verformt wird.It can be seen that in order to operate the molding process economically, it is necessary that a molded article from the die or the mold as soon as possible after the molding process can be removed. Thus, while on the one hand there is the low strength of the alloy during the molding process is advantageous, on the other hand, this property is the reason why the sheet consisting of the alloy in the test taking the object out of the die at an elevated temperature is deformed.
VerschiedeneVerfahren können angewandt werden, um diese Schwierigkeit zu vermeiden. Beispielsweise kann der geformte Gegenstand mehrere Minuten lang in dem Gesenk von der Formtemperatur von 250 bis 270oC auf eine Temperatur oberhalb 275°C beispielsweise 3000C erwärmt werden und der Gegenstand dann herausgenommen werden. Dieses Verfahren beruht auf der Tatsache, daß die superplastis-che Struktur einer eutektischen Zink-Aluminium-Legierung lediglich bis zu 275°C stabil ist, wobei oberhalb dieser Temperatur die metallurgische Struktur nicht mehr umkehrbar in eine nicht superplastische Struktur umgewandelt wird. Dies bedeutet, daß die Struktur des Legierungsbleches oberhalb 75°C stärker ist als unterhalb. Um die Notwendigkeit, die Temperatur des Gesenkes zyklisch zu ändern, wird das Gesenk bei 300°C gehalten, während das warmzuformende Blech auf 25O°C vorgeheizt wird. Wenn dann während des Formens das Blech auf das Gesenk auftrifft, wird die Temperatur des Bleches örtlich oberhalb 275 C angehoben und die Strukturumwandlung tritt auf. Es ist notwendig, daß der Gegenstand so schnell als möglich geformt wird, da sonst diese Umwandlung in Abschnitten des Bleches erfolgen kann, ehe diese an dem Gesenk anliegen. Dieses bekannte Verfahren hat verschiedene Machteile, wobei insbesondere die Umwandlung einer metallurgischen Struktur in eine andere eine bestimmte Zeitspanne in Anspruch nimmt, mit dem möglichen Ergebnis, daß bei einem Bauteil komplizierter Form mikrostrukturelle Variationen auftreten, welche zu Änderungen der mechanischen Eigenschaften des GegenstandesVarious methods can be used to avoid this difficulty. For example, the molded article may be several minutes, for example, 300 0 C are long in the die of the mold temperature 250-270 o C to a temperature above 275 ° C is heated and the article is then taken out. This process is based on the fact that the superplastic structure of a eutectic zinc-aluminum alloy is only stable up to 275 ° C, above which temperature the metallurgical structure is no longer reversibly converted into a non-superplastic structure. This means that the structure of the alloy sheet is stronger above 75 ° C than below. In order to meet the need to change the temperature of the die cyclically, the die is held at 300 ° C while the sheet metal to be hot-formed is preheated to 250 ° C. If the sheet then hits the die during forming, the temperature of the sheet is raised locally above 275 C and the structural transformation occurs. It is necessary that the object is formed as quickly as possible, otherwise this conversion can take place in sections of the sheet metal before these are in contact with the die. This known method has various disadvantages, in particular the conversion of one metallurgical structure into another takes a certain period of time, with the possible result that in a component of a complicated shape, microstructural variations occur which lead to changes in the mechanical properties of the object
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oder Bauteiles führen können. Ein weiterer Nachteil dieses Verfahrens liegt darin, daß Temperaturänderungen in dem ungeformten Blech auftreten können. Im supa?plastischen Zustand sind die heisseren Bereiche des Bleches schwächer während der Verformung und ein zu großes Ausdünnen und sogar eine Perforation des Bleches kann dadurch auftreten.or component. Another disadvantage of this method is that temperature changes can occur in the unshaped sheet. The hotter ones are in the supa? Plastic state Areas of the sheet weaker during the deformation and too much thinning and even a perforation of the sheet can occur as a result.
Eine Abwandlung des oben beschriebenen Verfahrens würde darin bestehen, ein kaltes Gesenk zu verwenden, so daß beim Auftreffen auf das Gesenk das Blech abkühlt und dadurch in seiner Festigkeit erhöht wird. Dieses Verfahren hat die Nachteile, daß lediglich Bauteile, die kurze Formzelten erfordern, mittels dieses Verfahrens herstellbar sind, und somit ist die Anzahl der Einzelheiten und die Schwärfe von Winkeln, die formbar sind, begrenzt. Ebenso kann ein örtliches Ausdünnen aufgrund der Temperaturänderungen verstärkt werden.A modification of the procedure described above would be to to use a cold die, so that when it hits the die, the sheet cools down and thereby its strength is increased. This method has the disadvantages that only components that require short form tents by means of this method and thus the number of details and sharpness of angles that can be formed are limited. as well local thinning due to temperature changes can be increased.
Es kann als zweckdienlich aufgefasst werden, sowohl den Bauteil als auch das Gesenk auf eine Temperatur abzukühlen, bei der der Bauteil ausreichend starr ist, um eine Verformung während der Herausnahme aus dem Desenk zu widerstehen. Ein derartiges Verfahren Jedoch führt zu unannehmbar langen Formzyklen. Alternativ dazu könnte eine Zwangskühlung des Bauteiles angewandt werden, wobei Wärme von dem Bauteil in einer größeren Geschwindigkeit absorbiert wird, als der Bauteil Wärme von dem Gesenk aufnimmt. Es ist offensichtlich, dass die verschiedenen Verfahren angewandt werden können, um einen erheblichen Abfall in der Temperatur des Bauteiles bei lediglich einem kleinen Abfall der Gesenktemperatur zu erreichen. Die Zwangskühlung einerseits eines Bauteiles Jedoch führt zu Temperaturgradienten und Variationen im Grad der Wärmekontraktion, welche die Neigung zeigen, den Bauteil zu verformen. Somit kann, obwohl der geformte Gegenstand ausreichend abgekühlt sein kann und somit in seiner Festigkeit erhöht sein kann, um Verformungen während des Herausnehmens aus der Form zu widerstehen, das Kühlverfahren selbst die NeigungIt can be considered expedient to cool both the component and the die to a temperature at which the Component is sufficiently rigid to withstand deformation during removal from the Desenk. One such procedure However, it leads to unacceptably long molding cycles. Alternatively, forced cooling of the component could be used, wherein heat is absorbed by the component at a greater rate than the component absorbs heat from the die. It is evident that the various methods used can be used to produce a significant drop in temperature of the component with only a small drop in die temperature. The forced cooling of a component on the one hand However, temperature gradients and variations in the degree of heat contraction, which show the tendency, lead to the component to deform. Thus, although the molded article can be sufficiently cooled and hence in strength may be increased to withstand deformation during removal from the mold, the cooling process itself the propensity
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zeigen, diese Verformung hervorzurufen.show to cause this deformation.
Durch die Erfindung wird ein Verfahren zum Formen von aus superplastischen Legierungen bestehenden Blechen geschaffen, bei dem ein geformtes Blech, nachdem dieses aus einer Form herausgenommen wurde, bei einer Temperatur von l80° bis 22O°C gehalten wird, um unerwünschte Verformungen oder Verwerfungen des geformten Bleches zu entfernen.The invention provides a method of forming superplastic Alloys existing sheets created in which a shaped sheet after this has been removed from a mold was kept at a temperature of 180 ° to 220 ° C in order to avoid undesirable deformations or warpage of the formed sheet to remove.
Die Erfindung besteht in einem Verfahren zum Formen von aus auperplastischen Legierungen bestehenden Blechen, bei dem ein Rohling aus dem Blechmaterial auf eine Temperatur erhitzt wird, bei der das Material die Eigenschaft der SuperplastizitMt zeigt, der erwärmte Rohling in Übereinstimmung mit einer Formoberfläche der angestrebten Form und Gestalt geformt wird, das geformte Blech aus der Form entfernt wird, und das geformte Blech bei einer Temperatur von l80 bis 22O0C gehalten wird, um nachteilige Verwerfungen oder Verformungen von dem geformten Blech zu entfernen.The invention consists in a method for forming sheets made of superplastic alloys, in which a blank of the sheet material is heated to a temperature at which the material exhibits the property of superplasticity, the heated blank in conformity with a mold surface of the desired shape and shape is formed, the formed sheet from the mold is removed, and the molded sheet is held at a temperature of l80 to 22O 0 C, remove detrimental warping or deformation of the molded sheet to.
Die Wärmebehandlung des geformten Bleches wird vorzugsweise mindestens 10 Minuten lang durchgeführt und kann in einem zweckdienlichen Ofen erfolgen. Alternativ dazu kann die in dem geformten Blech verbleibende Wärme nach Abschluß des Formvorganges verwendet werden, um die Verwerfungen zu entfernen. In einem derartigen Falle wird der heisse Formteil in einer Form komplementärer Gestalt gelagert und abkühlen gelassen, wobei gewährleistet wird, daß er mindestens 10 Minuten lang bei einer Temperatur von l80° bis 2200C gehalten wird.The heat treatment of the formed sheet is preferably carried out for at least 10 minutes and can be carried out in an appropriate furnace. Alternatively, the heat remaining in the formed sheet after the forming process is complete can be used to remove the warpage. In such a case, the hot molding is mounted in a mold of complementary shape and allowed to cool, being ensured that it is held at least 10 minutes at a temperature of l80 ° to 220 0 C.
Jede Oberfläche des geformten Bleches kann nach dem Formen abgekühlt werden, d.h. entweder die der Form benachbarte Oberfläche oder die von der Form entfernt liegende Ober-fläche kann abgekühlt werden und das Entfernen des ge-formten.Bleches von der Formoberfläche zu erleichtern. Das Kühlen der Oberfläche des Bleches kann durch Aufblasen von Luft oder durch Aufsprühen von V/asser erfolgen.Each surface of the formed sheet can be cooled after forming i.e. either the surface adjacent to the mold or the surface remote from the mold can be cooled and removing the formed sheet from the mold surface to facilitate. The surface of the sheet can be cooled by blowing air or spraying water on it take place.
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ORIGINAL INSPECTED30988? / 1065
ORIGINAL INSPECTED
V/ährend des Erwärmens soll das Blech vorzugsweise auf einer Oberfläche gelagert sein, welche allgemein komplementär zu der Oesamtgestalt des Bleches ist, d.h. eine flache Oberfäche wird für ein flaches Blech verwendet und eine Oberfläche entsprechender Wölbung für ein gewölbtes Blech.During heating, the sheet should preferably be on a surface be stored, which is generally complementary to the Oesamtgestalt of the sheet metal, i.e. a flat surface is used for a flat sheet metal and a surface with a corresponding curvature for a curved sheet metal.
Der erhitzte Rohling kann einem Formvorgang unterworfen werden, während dessen der Rohling zur Übereinstimmung mit einer Formfläche von gewünschter Gestalt gebracht wird, indem ein Mediendruck oder ein Vakuum aufgebracht wird.The heated blank may be subjected to a molding process during which the blank is made to conform to a molding surface is brought into the desired shape by applying a medium pressure or a vacuum.
Das erfindungsgemässe Verfahren wird insbesondere bei großen flachen Bauteilen mit geringen Zugtiefen angewandt, wenn der Bauteil lediglich in horizontaler Stellung auf einer flachen Oberfläche abgestützt werden muß. Für große Tiefziehtiefen oder kompliziertere Formen müssen die Bauteile mittels einer Spannvorrichtung genauer Kontur aus einem Material gehalten werden, welches ausreichend starr ist, um der Glühtemperatur zu widerstehen.The inventive method is particularly useful for large flat Components with shallow draw depths applied when the component is only in a horizontal position on a flat surface must be supported. For large deep-drawing depths or more complex shapes, the components have to be clamped using a clamping device precise contour can be kept from a material which is sufficiently rigid to withstand the annealing temperature.
Das Blechmaterial kann zweckdienlicherweise eine Zink/Aluminium-Legierung sein, welche von 15 bis 40 Gew.? vorzugsweise 18 bis 30 Gew.% Aluminium mit oder ohne geringeren Zuschlägen (bis zu 0,5 Gew.JO einer dritten Komponente, insbesondere Kupfer oder Magnesium enthält. The sheet material can expediently be a zinc / aluminum alloy, which is from 15 to 40 wt. preferably contains 18 to 30 wt.% aluminum, with or without lower pictures (up to 0.5 Gew.JO a third component, in particular copper or magnesium.
Verschiedene Verfahren können angewandt v/erden, um derartige Materialien superplastisch zu machen, jedoch weisen derartige Verfahren im allgemeinen die folgenden Verfahrensschritte auf:Various processes can be used to make such materials superplastic, but such processes generally include the following process steps:
a) Erhitzen des Legierungskörpers zum homogenisieren.a) Heating the alloy body to homogenize.
b) Abschrecken oder langsames Abkühlen der homogenisierten Legierung. b) quenching or slow cooling of the homogenized alloy.
c) Bearbeitung der Legierung vorzugsweise durch Walzen.c) Machining of the alloy, preferably by rolling.
Zweckdienliche Verfahren sind in den britischen Patenten 1 125Appropriate procedures are in UK Patents 1,125
072 und 1 225 819 beschrieben. Unter bestimmten Bedingungen kann statt des Abschreckens ein langsames Abkühlen erfolgen, insbeson- der-e bei Legierungen die l8 bis 40 Gew.% Aluminium enthalten.072 and 1 225 819. Under certain conditions, a slow cooling can take the quenching occur par- of-e in the alloys l8 to 40 wt.% Include aluminum.
Obwohl das beschriebene erfindungsgemäße Verfahren insbesondere auf Zinklegierungen, die zwischen 15 und 1IO Gew.ii Aluminium enthalten, anwendbar ist, kann dieses Verfahren ingleicher Weise auf andere superplastische Metalle angewendet werden. Although the process described according to the invention and in particular zinc alloys containing aluminum 15-1 IO Gew.ii is applicable, this method can be applied to other ingleicher manner superplastic metals.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von einigen praktischen Beispielen näher erläutert. The invention is explained in more detail below with the aid of a few practical examples.
Ein rechteckiges Wandpanel der Abmessungen Im χ 0,5m und einer Tiefziehtiefe kleiner als 3cm wurde aus einem superplastischen Zink/Aluminium-Legierungsblech druckgeformt, welches 78 Gew.i Zink und 22 Gew.? Aluminium enthielt und eine Dicke von 0,035 Zoll aufwies, wobei die Formung 12 Minuten in Anspruch nahm und bei 25O0C unter Verwendung eines Luftdruckes von 60 Pfund pro Quadratzoll durchgeführt wurde.A rectangular wall panel with the dimensions Im χ 0.5m and a deep-drawing depth less than 3cm was compression-molded from a superplastic zinc / aluminum alloy sheet, which contains 78% by weight zinc and 22% by weight. Aluminum contained and a thickness of 0.035 inches had, wherein the molding took 12 minutes to complete and was carried out at 25O 0 C using an air pressure of 60 pounds per square inch.
Aufgrund der Komplexität der Einzelheiten der Form des Panels war es nicht möglich, das geformte Panel von der Formoberfläche abzunehmen, ohne es zu verwerfen.Because of the complexity of the details of the shape of the panel, it was not possible to remove the molded panel from the mold surface to lose weight without discarding it.
Der verworfene Formteil wurde gelagert und wurde zu einem zweckdienlichen Zeitpunkt auf einer flachen heissen Platte bei einer Temperatur von 2000C aufgelegt. Das Panel wurde von den Verwerfungen innerhalb von ungefähr 15 bis 20 Minuten befreit.The discarded molding was stored and was placed on a flat hot plate at a temperature of 200 ° C. at an appropriate time. The panel was cleared of the warps in about 15 to 20 minutes.
Ein Formteil mit den Gesamtabmessungen 30 Zoll χ 13 Zoll χ 8 Zoll Tiefe mit einer mittleren Wölbung und einem*Umfangsflansch wurde aus einem superplastischen Zink/Aluminiumblech, welches 78 Gew.$A molding with overall dimensions of 30 "13" 8 " Depth with a medium bulge and a * circumferential flange from a superplastic zinc / aluminum sheet, which is 78 wt. $
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Zink und 22 Gew.* Aluminium enthielt und eine Dicke von 0,06OZoIl aufwies, 6 Minuten lang bei 25O0C unter Verwendung eines Luftdruckes von 150 Pfund pro Quadratzoll Druck geformt.Zinc and 22 wt. * Aluminum contained and a thickness of 0,06OZoIl having, for 6 minutes at 25O 0 C using an air pressure of 150 pounds per square inch pressure molded.
Das Formteil wurde aus der Form durch Abkühlen desselben um den Umfangsflansch entfernt, indem es unter Schwerkraftwirkung auf die untere Platte der Formpresse fallengelassen wurde. Dies führte zu einer gewissen Verformung oder Verwerfung des gewölbten Teiles des Formteils aufgrund des Aufschlages des Formteiles auf die untere Platte.The molded part was removed from the mold by cooling it around the Perimeter flange removed by gravity on it the lower platen of the molding press was dropped. This resulted in some deformation or warping of the arched one Part of the molded part due to the impact of the molded part on the lower plate.
Diese Verformung oder Verwerfung wurde dadurch entfernt, daß das heisse Formteil (ungefähr 25O0C) umgedreht, in eine andere Form komplementärer Gestalt gelegt wurde und zugelassen wurde, daß es das durch die Formfläche definierte gewölbte Profil wieder annimmt. Das Abkühlen erfolgte über ungefähr 1 Stunde.This deformation or distortion was removed by the hot molding (25O 0 C approximately) inverted, in another form of complementary shape was placed and was admitted that it assumes the shape defined by the curved surface profile again. Cooling took place over approximately 1 hour.
Sämtliche der in der Beschreibung erwähnten technischen Einzelheiten sind für die Erfindung von Bedeutung.All of the technical details mentioned in the description are important for the invention.
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Claims (6)
Applications Claiming Priority (2)
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| GB2789172A GB1388159A (en) | 1972-06-14 | 1972-06-14 | Moulding of superplastic alloy sheet |
| GB2789172 | 1972-06-14 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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| DE2329778B2 DE2329778B2 (en) | 1976-05-20 |
| DE2329778C3 DE2329778C3 (en) | 1977-01-13 |
Family
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Also Published As
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| FR2187450A1 (en) | 1974-01-18 |
| FR2187450B1 (en) | 1975-08-22 |
| GB1388159A (en) | 1975-03-26 |
| DE2329778B2 (en) | 1976-05-20 |
| US3864176A (en) | 1975-02-04 |
| JPS4952123A (en) | 1974-05-21 |
| AU5684873A (en) | 1974-12-12 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
| E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
| EHJ | Ceased/non-payment of the annual fee |