DE2364210A1

DE2364210A1 - Verfahren zur herstellung eines formstueckes, insbesondere eines rohres

Info

Publication number: DE2364210A1
Application number: DE2364210A
Authority: DE
Inventors: Anthony C Keathley; Gene L Oberley; Roderick J Place; Jack D Stewart
Original assignee: PRINCETON METAL SYSTEMS CORP
Current assignee: PRINCETON METAL SYSTEMS CORP
Priority date: 1973-01-23
Filing date: 1973-12-22
Publication date: 1974-07-25
Also published as: US3795970A; FR2220322B3; JPS506566A; FR2220322A1; GB1427275A

Description

Verfahren zur Herstellung eines Formstückes, insbesondere

eines Rohres

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Formstückes, und insbesondere auf die Herstellung eines Rohres, und zwar vorzugsweise auf die Herstellung von Rohren aus Titan oder aus Titanlegierungen.

Es ist bekannt, dass für Hochleistungsflugzeuge Rohre aus Titan und Titanlegierungen benötigt werden. Die Forderungen der Verarbeiter derartiger Rohre umfassen im allgemeinen Werte wie (1) mechanische Eigenschaften, d.h. absolute Zugfestigkeit, Streckgrenze und Bruchdehnung, (2) Oberflächenbehandlung der inneren und äusseren Fläche, (3) Grenzen'spezieller Fehler, (4) Dimensionstoleranzen (Durchmesser und Wandstärke), (5) minimaler

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Biegeradius, (6) Aufweitungsfähigkeiten, (7) die Fähigkeit, ohne Streckverformung einen bestimmten Innendruck auszuhalten, sowie (8) Abflachung. Die Fähigkeit des Rohres, eine bestimmte Standfestigkeit auszuhalten, ist ebenfalls erforderlich, und da diese Forderung sehr schwer in Form einer typischen Bestellangabe ausgedrückt werden kann, wird üblicherweise vom Endverbraucher die gewünschte Dauerstandfestigkeit angegeben.

Bei Anwendung üblicher, bekannter Rohrherstellungsverfahren ergeben sich verschiedene Schwierigkeiten, insbesondere die erforderlichen mechanischen Eigenschaften, die minimale Fehlerzulässigkeit und die innere Oberflächenglätte zu erreichen. Zurzeit ist die Herstellung auf wenige Firmen beschränkt und mit einer ungewöhnlich hohen Ausschussräte verbunden, so dass eine hundertprozentige Prüfung jedes hergestellten Werkstückes erforderlich ist. Die vorstehend erwähnten Forderungen (5)> (6), (7) und (8) werden üblicherweise erfüllt, falls auch die vorgegebenen minimalen mechanischen Anforderungen (1) erfüllt sind. Die Erzielung der erwünschten Dimensionstoleranz (k) ist ein einfaches Verfahren, das dem Fachmann bekannt ist. Es ist jedoch auch, bekannt, dass die Erfüllung der Forderungen (1), (2) und (3) zusammen mit der geforderten Dauerstandfestigkeit besonders schwierig ist.

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„ "Z _

Titan-Rohre (hierzu wird im allgemeinen eine Titanlegierung verwendet) werden zurzeit von der Luftfahrtindustrie und zugehörigen Industrien verwendet, wo hohe Zuverlässigkeit und besonders gutes Antikorrosionsverhalten erforderlich ist. Die Rohre können aus verschiedenen Grundlegierungen des Titans hergestellt werden, wobei die üblichsten eine Titanlegierung mit 3 Aluminium und 2,5 Vanadin und eine Titanlegierung mit 6 Aluminium und ¹J Vanadin sind, die als 3A1-2,5V Titanlegierung bzw. 6Al-¹JV Titanlegierung bezeichnet werden. Zurzeit ist die Verwendung von Titanrohren im Plugzeugbau im wesentlichen auf solche Rohre beschränkt, die aus der 3A1-2,5V Titanlegierung bestehen, da diese Rohrform kommerziell einfacher erhältlich ist als die 6Al-¹JV Titanlegierung. Es sind jedoch zurzeit bereits Anforderungen bekannt, beispielsweise für zukünftige Flugzeuge, die die absoluten und Streckgrenzeneigenschaften der zurzeit vorhandenen 6Al-¹JV Titanlegierung erforderlich machen, und die die Bruchdehnungseigenschaften der 3A1-2,5V Titanlegierung erwünscht erscheinen lassen. Ein typisches Beispiel für die minimalen mechanischen Eigenschaften, die Endverbraucher zurzeit fordern, sind in Tabelle 1 angeführt.

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-I₁-

Tabelle 1

minimale mechanische Eigenschaften der Titanlegierungen Ti-6A1-4V und Ti-3A1-2,5V

absolute Streckgrenze Bruchdehnung

Zugfestig- bei 0,2 % bei 5,1 cm

keit ρ Ausweichung

in kp/cm kp/cm {%)

Ti-6A1-4V (geglüht) 9139 8436 10

Ti-3A1-2.5V (geglüht) 6327 5202,2 15

Ti-3A1-2.5V (CWSR) 8787,5 7381,5 10 mit CWSR = Kaltstreckspannung beseitigt.

Die Minima der absoluten Zugfestigkeit und der Streckgrenze gemäss Tabelle 1 sind erforderlich, um das Gewicht der Röhren auf ein Minimum abzusenken und um die Verwendung für die erforderlichen Betriebsdrücke zu ermöglichen. Dadurch wird wiederum, wie bekannt, das Gewicht der zugehörigen Elemente verringert, da ihre Grosse im wesentlichen umgekehrt proportional dem Betriebsdruck ist, um eine spezielle Leistungsanforderung zu erfüllen.

Bei diesen Grossen der absoluten Zugfestigkeit und der Streckgrenze ist die Bruchdehnung typischerweise die wichtigste Eigenschaft, da sie den minimalen Biegeradius des Rohres und den Umfang der möglichen .Aufweitung bestimmt sowie einen wesentlichen Wert für die Lebensdauer des Rohres darstellt, wenn es der Dauerstanufestigkeit oder Be-

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lastungen, wie Schwingungen ausgesetzt wird. Somit besteht das bekannte Problem darin, eine maximale Bruchdehnung bei den gewünschten Vierten der absoluten Zugfestigkeit und der Streckgrenze zu erzielen. Es ist ferner bekannt, dass der Wunsch praktisch aller Verbraucher und das Ziel aller Röhrenhersteller darin besteht, die gröstmögliche Bruchdehnung ohne Beeinträchtigung der absoluten Zugfestigkeit und/oder der Streckgrenze zu erreichen.

Ausserdem ergeben sich bei dem üblichen Strangpressen oder Ziehen von Rohren, insbesondere nahtlosen Rohren häufig innere Fehler und schlechte Oberflächen. Darüber hinaus begrenzen oder beeinträchtigen übliche Rohrherstellungsverfahren, beispielsweise mehrfaches Ziehen mit Zwischenglühen das Gefüge des Rohrmaterials, so dass die Bruchdehnung bei derartigen Herstellungsverfahren ungünstig beeinflusst wird, obwohl sich üblicherweise die gewünschte absolute Zugfestigkeit und die Streckgrenze erreichen lassen.

Vom Standpunkt der Dauerstandfestigkeit reicht jedoch die Festlegung der Festigkeit- und Bruchdehnungseigenschaften allein nicht aus. Wie bekannt, ist die besondere Fähigkeit derartiger Rohre, die erforderlichen Dauerstandfestigkeitsversuche zu überstehen, primär auf das Gefüge und die Grosse des Rohres zurückzuführen, und als besonders erwünscht

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gilt ein Gefüge, bei dein die Basisflächenpole senkrecht zur Oberfläche des Rohres gerichtet sind, d.h. ein radiales Gefüge vorhanden ist. Bei Rohren mit dieser Ausrichtung der Basisflächenpole ist die Aufplatzfestigkeit verbessert, und die Verformung beim Zugversuch erfolgt durch Verringerung des Durchmessers und nicht durch Verringerung der Wandstärke. Die Bruchfestigkeit für axial orientierte Fehler ist verbessert, und die Ermüdungseigenschaften sind optimiert. Wie dem Fachmann ausserdem bekannt ist, kann das Korngefüge durch Einführung eines Verhältnisses von Verringerung des Durchmessers zu Verringerung der Wandstärke gemessen während des Zugversuches bezeichnet werden. Dieser Wert ist bekannt als Deformationsverhältnis R, Da die Verformung, wie bekannt, stärker als Verringerung des Durchmessers als als Verringerung der Wandstärke erfolgen sollte, sollte der Wert des DeformationsVerhältnisses R so gross wie möglich sein, obwohl annehmbare Werte sich zurzeit nur empirisch bestimmen lassen. Für Rohre mit geringerem Durchmesser, d.h. 1,59 cm und weniger wird zurzeit typischerweise ein minimales Deformationsverhältnis R von 0,6 empfohlen, während für Rohre mit einem Durchmesser von mehr 1,59 ent ein minimales Deformationsverhältnis R von 1,0 empfohlen wird. Die vorstehend erwähnten typischen Herstellungsverfahren für Rohre liefern ein Korngefüge, dessen Basisflächenpole im allgemeinen nicht senkrecht zur Oberfläche des Rohres gerichtet sind, so dass

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die Bruchdehnung, das Deformationsverhältnis R und der Widerstand des Rohres gegen Ermüdungen negativ beeinflusst werden.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Herstellungsverfahren zu schaffen, das die vorstehend erwähnten Nachteile vermeidet .

Die Erfindung betrifft gemäss einem Ausführungsbeispiel ein Verfahren zur Herstellung eines Rohres aus einem bestimmten Metall, beispielsweise einer Titanlegierung, das bezogen auf seine absolute Festigkeit und seine Streckgrenze eine grössere Bruchdehnung hat, als ein aus dem gleichen Metall nach den bisherigen Verfahren hergestelltes Rohr. Hierzu wird ein Knüppel aus Metall mit mindestens einer öffnung versehen, und ein verformbarer Kern aus einem Material, dessen mechanische Eigenschaften in vorbestimmter Weise den mechanischen Eigenschaften des Knüppelmaterials zugeordnet sind, wird in die öffnung eingeführt, und die Gesamtanordnung wird stranggepresst, beispielsweise durch hydrostatisches Strangpressen. Das stranggepresste Metall wird geglüht, um seine Bruchdehnungseigenschaften zu verbessern, und dann gleichrnässig über seine gesamte Stärke einer härtenden Kaltverformung ausgesetzt, um die absolute Festigkeit und die Streckgrenze zu erhöhen.

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Mittels der Erfindung lassen sich ausserdem Rohre mit einer verbesserten inneren Oberfläche schaffen.

Ferner wird mit dem erfindungsgemässen Verfahren eine Korngefüge im Rohr erzeugt, bei dem die Basisflächenpole im wesentlichen senkrecht zur Oberfläche des Rohres angeordnet sind, wodurch die Bruchdehnung (elongation), das Deformationsverhältnis R und die Widerstandsfähigkeit gegen Alterung erheblich erhöht werden.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Anordnung aus Knüppel und Kern vor dem Strangpressen von einem vorbestimmten Material umgeben, um ein vorbestimmtes Volumen eines Strangpressfluides zwischen den Wänden der Presskammer, in der das Strangpressen erfolgt, und der Anordnung vorzusehen, so dass ein zufriedenstellendes hydrostatisches Strangpressen sichergestellt wird.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren näher erläutert.

Figur 1 zeigt einen Rohling bzw. eine Anordnung gemäss der Erfindung.

Figuren 2 bis 6 zeigen schematisch verschiedene Ausführungs-

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beispiele des erfindungsgenässen Verfahrens.

Figur 7 zeigt einen anderen Rohling bzw. eine andere Anordnung gemäss der Erfindung.

Figuren 8 und 9 zeigen Mikrofotografien des Korngefüges von Rohrwänden, die gemäss der Erfindung und nach einem vorbekannten Verfahren hergestellt sind.

Das in den Figuren dargestellte Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Verfahrens kann zur Herstellung eines Formstücks, beispielsweise eines Rohres, etwa aus 3A1-2,5V Titanlegierung benutzt werden.

Eine Anordnung oder ein Rohling 10 (Figur 1) wird aus einem Knüppel 12, beispielsweise einem Knüppel aus 3A1-2,5V Titanlegierung mit einer öffnung 14 hergestellt, und in die öffnung wird ein Kern 16 eingeführt. Der Rohling mit Knüppel und Kern 16 hat zweckmässigerweise am vorderen Ende 18 eine im wesentlichen konische Form, um an die Verengung der Stranggussform angepasst zu sein. Der Kern 16 ist verformbar und besteht aus einem Material, dessen mechanische Eigenschaften in vorbestimmter Weise dem Knüppel 12 zugeordnet sind. So kann beispielsweise das Kernmaterial die gleichen mechanischen Eigenschaften wie das Knüppelmaterial

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aufweisen. Da bei dem erfindungsgemässen Verfahren nach dem Strangpressen zur Erzielung der speziellen mechanischen Eigenschaften für einen gegebenen Anwendungszweck eine gewisse Kaltverformung erforderlich ist, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, den verformbaren Kern aus einem Material herzustellen, dessen Grössenwerte der mechanischen Eigenschaften kleiner sind als die des Materials des Knüppels 12, und zwar insbesondere sollte die Härte geringer sein, um den Strangpressdruck bezüglich der inneren Oberfläche des Rohres zu optimieren, d.h. den Strangpressdruck ohne Verschlechterung der Oberfläche des Rohres zu verringern. Typische, vorteilhaft für eine 3A1-2,5V Titanlegierung
verwendbare Kernmaterialien sind 1020 - 1035 Kohlenstoff stähle.

Der Rohling 10 wird, wie in Figur 2 gezeigt, in eine geeignete Strangpressvorrichtung eingebracht, die eine hydrostatische Strangpresskammer 20 aufweist, welche mit einem geeigneten hydrostatischem Strangpressmedium 22 gefüllt ist, wobei das kegelförmige Vorderende 18 des Rohlings 10 in Berührung mit der Verengung einer ringförmigen Strangpressform 24 gebracht wird. Das Vorderende 18 hat, wie vorstehend erwähnt, Kegelstumpfform, um an die Verengung der Form angepasst zu sein.

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Der innere Durchmesser des Knüppels 12 ist proportional dem Innendurchmesser des herzustellenden Rohres, und Innen- und Aussendurchmesser des Knüppels 12 sind so bemessen, dass der Knüppel ein Materialvolumen proportional zu den Abmessungen der Wandstärken des herzustellenden Rohres hat, die durch die prozentuale Bereichsverringerung des Knüppels infolge des Strangpressschrittes sowie eine weitere prozentuale Bereichsverringerung infolge des nächsten, noch zu beschreibenden Verfahrensschrittes bestimmt sind. Der Aussendurchmesser des Kerns 16 ist im wesentlichen identisch dem Innendurchmesser des Knüppels, und der Kern wird beispielsweise im Preßsitz in die Knüppelöffnung 1*1 eingeführt. Der Kern 16 kann am hinteren Ende 26 einen einstückig angeformten, vergrösserten Ringbereich 28 aufweisen, um sicherzustellen, dass die von dem hydrostatischen Strangpressmedium 22 ausgeübten, nach unten gerichteten Kräfte gleichförmig auf den Knüppel und den Kern wirken. In Abhängigkeit von den speziellen für den Knüppel und den Kern verwendeten Materialien und in Abhängigkeit von dem angewendeten hydrostatischen Strangpressdruck kann ein Preßsitz von Kern 16 in der Knüppelöffnung 14 ausreichen, um zu verhindern, dass während des Strangpressen hydrostatisches Strangpressmedium zwischen die Innenfläche des Knüppels und die Aussenflache des Kerns gedrückt wird, wodurch

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ein korrektes Strangpressen beeinträchtigt bzw. verhindert wird. Um jedoch zusätzlich sicherzustellen, dass kein hydrostatisches Strangpressmedium 22 zwischen Knüppel und Kern gelangt, kann der Kern 16 mittels eines klebenden Schmiermittels im Knüppel 12 festgelegt werden.

Bei Vorschub des Kolbens 30 in die Strangpresskammer 20, die von dem Druckgefäss 32 gebildet wird (Figur 2), wird das Strangpressmedium 22, beispielsweise ein geeignetes öl wie Rizinusöl o.a. unter einen vorbestimmten Druck gesetzt, der bei Verringerung des Bereiches eines Knüppels aus einer 3A1-2,5V Titanlegierung um 80 % bis 99 % 14O6O kp/cm² - 28120 kp/cm² beträgt, um auf den Rohling 10 hydrostatischen Druck auszuüben und den Knüppel 12 und den Kern 16 gleichzeitig hydrostatisch Strang zu pressen, so dass durch die Strangpressform 24 eine gleichmässige Bereichsverringerung erfolgt und bei diesem Verfahrensschritt ein Extrudat 28 entsteht, das aus einer verlängerten stranggepressten Titanlegierung 3^ und einem inneren, stranggepressten Kern 36 besteht. Die stranggepresste Aluminiumlegierung J>k entsteht aus dem Knüppel 12 und'der Kern 36 aus dem verformbaren Kern l6. Ferner hat die stranggepresste Titanlegierung J>k bei diesem Verfahrensschritt einen inneren Durchmesser, der im wesentlichen dem Innendurchmesser des fertigen

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Rohres entspricht, und einen äusseren Durchmesser, der um einen vorbestimmten Wert grosser ist als der äussere Durchmesser des fertigen Rohres.

Gemäss einem weiteren Schritt des erfindungsgemässen Verfahrens wird das Extrudat 3^ nachfolgend bei einer vorbestimmten Temperatur für eine vorbestimmte Zeitspanne geglüht, wie dies dem Fachmann geläufig ist. Dieses Glühen kann durch Erwärmen in einem Ofen oder durch Widerstandsheizung erfolgen. Dadurch wird das Extrudat entspannt, und es werden innere Spannungen beseitigt, um das Entfernen des stranggepressten Kerns aus dem Extrudat aus Titanlegierung zu erleichtern, sowie das nachfolgende härtende Kaltverformen und eine weitere prozentuale Bereichsverringerung des Extrudates 3^ in der nachstehend beschriebenen Weise zu erleichtern. Durch das Glühen wird ausserdem die Bruchdehnung vergrössert. In einem Anwendungsbeispiel der Erfindung, bei dem das Extrudat 34 aus einer 3A1-2,5V Titanlegierung bestand, betrug der Temperaturbereich für das Glühen 7O4°C bis 8l6°C und die Zeitspanne eine Stunde bis drei Stunden.

Nach einem derartigen Glühen wird das Extrudat 34 einer Kaltverformung unterworfen, beispielsweise einem Walzvorgang (Figur 3), bei dem z\?ischen Extrudat 28 und

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Walzen 4o eine Relativbewegung in Richtung des Pfeiles 42 erfolgt, so dass die Walzen 40 eine härtende Kaltverformung auf das Extrudat 34 ausüben, die zu dessen weiterer Entlastung ausreicht, um eine einfache Entfernung des stranggepressten, verformbaren Kerns J>S, beispielsweise mittels mechanischer Greifer zu ermöglichen. Durch das Entfernen des verformbaren Kerns 36 ergibt sich ein Extrudat 34 mit einer kleineren öffnung als die ursprünglich in der öffnung 12 vorgesehene öffnung 14, da der Bereich des Knüppels und des verformbaren Kerns durch das Strangpressen verringert wurde.

In die verkleinerte öffnung wird ein nicht verformbarer Kern 46 eng angepasst eingesetzt, wie dies in den Figuren 5 und 6 gezeigt ist. Der nicht verformbare Kern 46 ist in seinen Abmessungen und insbesondere in seinem äusseren Durchmesser im wesentlichen gleich dem Innendurchmesser des herzustellenden Rohres, und das Material des Kerns 46 hat mechanische Eigenschaften, die den mechanischen Eigenschaften des Extrudates 34 aus der Titanlegierung zugeordnet sind. Insbesondere hat es sich gezeigt, dass die Härte des nicht verformbaren Kerns 46 vorteilhafterweise grosser ist als die Härte des Extrudates 34 aus der Titanlegierung, um so eine innere Abstützung für das stranggepresste und geglühte Extrudat

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34 während der nachfolgenden Bereichsverringerung und Kaltverformung oder Härtung zu liefern. Es hat sich ausserdem gezeigt, dass für ein Rohr aus der 3A1-2,5V Titanlegierung ein Kern 46 aus Werkzeugstahl zweckmässig ist. Danach wird das stranggepresste und geglühte Extrudat 34 kaltverformt, um durch Härtung die Werte der absoluten Festigkeit und der Bruchdehnung auf Werte zu steigern, die oberhalb derjenigen nach dem Glühvorgang liegen. Eine derartige Kaltverformung kann beispielsweise durch Drehstauchung o.a. erfolgen. Erfindungsgemäss kann durch den Kaltverformungsvorgang eine weitere Bereichsverringerung des Extrudates 34 von 25 bis 50 % in Abhängigkeit von den für das fertige Rohr gewünschten Eigenschaften der absoluten Festigkeit und der Bruchdehnung erfolgen. Wie in den Figuren 5 und 6 dargestellt, lässt sich eine derartige Kaltverformung bzw. eine Härtung mit weiterer prozentualer Bereichsverringerung des Extrudates 34 mittels drehbarer Walzen 50 durchführen, wobei eine Relativbewegung zwischen den Walzen 50 sowie dem Extrudat 34 und dem nicht verformbaren Kern 46 stattfindet. Man erkennt, dass eine derartige Kaltverformung und weitere Verringerung des Bereiches die absolute Festigkeit und die Streckgrenze über diejenigen Werte hinaus erhöht, die das Extrudat 34 nach dem Glühvorgang hatte, und dass ein Extrudat 34 aus der Titanlegierung mit dem

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vom Benutzer gewünschten Aussendurchnesser entsteht.

Falls die mechanischen Eigenschaften, d.h. die absolute Festigkeit, die Streckgrenze und die Bruchdehnung des Rohres 56 nach der Kaltverformung gemäss Figuren 5 und 6 den Forderungen des Abnehmers entspricht, ist die Bearbeitung des Rohres beendet. Durch die Kaltverformung gemäss Figuren 5 und 6 wird der nicht verformbare Kern 46 nicht im Extrudat 3^ verklemmt, so dass der Kern kS auf einfache Weise mittels mechanischer Einrichtungen entfernt werden kann.

Falls nach der härtenden Kaltverformung gemäss Figuren 5 und 6 die Bruchdehnung des Rohres unterhalb der Forderung des Verbrauchers liegt, während die Streckgrenze und die absolute Festigkeit oberhalb der Forderungen liegen, kann eine weitere Entspannung des Rohres erfolgen, indem dieses beispielsweise für ein bis drei Stunden auf einer Temperatur von 316 C bis 593 C gehalten wird, wodurch die Bruchdehnung zur Erfüllung der Forderung des Abnehmers ansteigt. Kenn eine derartige Spannungsverringerung nicht zur gewünschten Bruchdehnung führt, so kann anstelle dieser Spannungsänderung auch ein Glühen des Rohres 56 bei geeigneter Temperatur und für eine geeignete Zeitspanne, beispiels-

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weise ein bis drei Stunden bei 593°C bis 927°C nach der Kaltverformung gemäss Figuren 5 und 6 erfolgen, um die Bruchdehnung auf den erforderlichen Wert zu steigern. Durch eine derartige nachfolgende Spannungsverringerung oder ein Glühen muss sich selbstverständlich nicht die absolute Festigkeit und die Streckgrenze des Rohres unter die geforderten Werte verringern. Falls es sich zeigt, dass die absolute Festigkeit und die Streckgrenze des Rohres 56 nicht ausreichen, kann es nach der Spannungsentlastung oder dem Glühen nach Durchführung der Schritte gemäss Figuren 5 und β zusätzlich härtend kalt verformt werden, etwa durch erneute Bearbeitung gemäss Figuren 5 und 6. Dadurch ergibt sich eine v/eitere Querschnittsverringerung, beispielsweise um 25 % bis 50 % des Rohres 56, und jegliche derartige Querschnittsverringerung setzt voraus, dass das ursprüngliche Volumen (Aussendurchmesser: Innendurchmesser) des Knüppels 12 gemäss Figur 1 entsprechend und proportional vergrössert wird, um schliesslich ein Rohr mit dem gewünschten Aussendurchmesser zu erhalten.

Spezielle mechanische Eigenschaften, d.h. absolute Festigkeit, Streckspannung und Bruchdehnung eines Rohres aus 3A1-2,5V Titanlegierung, das gemäss der Erfindung hergestellt wurde, sind in Tabelle 2 dargestellt.

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	CW	Tabelle 2	Streck grenze ρ (Sy) in kp/cm	Bruch dehnung (E) in %
	CWSR	absolute Festigkeit _? (Su) in kp/cm	8154,8	13,8
Zustand	CWA geglüht	9420,2	8014,2	15,0
25 %	CW	9349,9	5272,5	20,5
25 %	CWSR	5483,4	9068,7	12,4
25 JIf	CWA geglüht	9982,6	9068,7	15,3
50 %		9842,0	5131,9	29,0
50 %	CW =	5764,6
50 %			srunff des Querschnitts na<
rait	25 % Verring«
25 %

% CWSR =

% CWA geglüht =

% CW =

dem Strangpressen allein durch Kaltverformung

25 % Verringerung des Querschnitts nach dem Strangpressen durch Kaltverformung und Spannungsentlastung bei vorbestimmter Temperatur für eine vorbestimmte Zeitspanne

25 % Querschnittsverringerung nach dem Strangpressen durch Kaltverformung und Glühen

50 % Querschnittsverringerung nach den Strangpressen allein durch Kaltverformung

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50 % CWSR = 50/2 Verringerung des Querschnittes nach

dem Strangpressen durch Kaltverformung

und Spannungsentlastung 50 % CWA geglüht = 50 % Querschnittsverringerung nach dem

Strangpressen durch Kaltverformung und

Glühen.

Ein Vergleich der mechanischen Eigenschaften eines nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellten Rohres aus der 3A1-2,5V Titanlegierung (Tabelle 2) mit den entsprechenden mechanischen Eigenschaften, wie sie üblicherweise vom Endverbraucher für Rohre aus einer 6Al-^V oder 3A1-2,5V Titanlegierung gefordert v/erden (Tabelle 1) zeigt, dass sich mittels der Erfindung diese Forderungen, insbesondere bezüglich der Bruchdehnung sowohl für Rohre aus der 3A1-2,5V Titanlegierung als auch für Rohre aus der 6A1-4V Titanlegierung erfüllen lassen.

Es hat sich ausserdem gezeigt, dass die Korngrösse des nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellten Formstückes, beispielsweise eines Rohres aus Titanlegierung gleichförmiger und wesentlich geringer ist (eine typische Korngrösse von 16) als bei einem nach bekannten Verfahren hergestellten Rohr, wo sich Korngrössen zwischen 4 und 7 ergeben, wobei die Herstellung nach den bekannten Ver-

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fahren durch mehrfaches Ziehen mit mehrfachem Zwischen- · glühen erfolgt. In den Figuren 8 und 9 sind Darstellungen von Mikrofotografien gezeigt, die Querschnitte eines Rohres aus einer Titanlegierung darstellen, das einerseits nach dem erfindungsgemässen Verfahren und andererseits nach vorbekannten Verfahren hergestellt wurde. Die geringere, gleichmässigere Korngrösse des erfindungsgemäss hergestellten Rohres trägt zu einer Erhöhung der Bruchdehnungseigenschaft eines derartigen Rohres bei, so dass sich eine erhöhte Biegbarkeit, Aufbiegbarkeit und Abflachbarkeit ohne Bruch ergibt und die Lebensdauer erhöht wird und das Rohr beispielsweise Schwingungen und dauernde Druckwechsel des in ihm enthaltenen Pluides aufnehmen kann.

Ausserdem zeigen Röntgenstrahlbeugungsbilder des erfindungsgemäss hergestellten Rohres, dass die vorstehend erwähnten Basisflächenpole senkrechter zur Oberfläche des Rohres stehen als bei den nach bekannten Verfahren hergestellten Rohren, was einen Hinweis dafür darstellt, dass das erfindungsgemässe Rohr weniger leicht ermüdet bzw. altert als nach bekannten Verfahren hergestellte Rohre.

Es ist bekannt, dass die Fähigkeit des Rohres aus der

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Titanlegierung Schwingungen und dauernde Druckänderungen des in ihm geführten Rohres auszuhalten durch das Deformationsverhältnis R bezeichnet wird. Das Deformationsverhältnis R ist ein Mass für die Korn- oder Kristallorientierung, und je höher der Wert des Deformationsverhältnisses R ist, desto günstiger ist die Korn- oder Kristallorientierung bezüglich der Fähigkeit des Rohres Dauerbelastungen aufzunehmen. Die Zugversuche an einem erfindungsgemäss hergestellten Rohr aus der 3A1-2,5V Titanlegierung zeigten eine Verringerung des Durchmessers bei kleiner oder völlig fehlender Änderung der Wandstärke. Dies wird durch ein Deformationsverhältnis R von 2,6 bis 4,0 angezeigt, wie in Tabelle 3 dargestellt.

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Tabelle 3
DeformationsVerhältnis R

Probennummer

1 2. 3 4

Anfangsdurchmesser

(Do) in mm " 5,28 5,28 5,7*1 5,69

Anfangswandstärke

(W_o), in mm 0,70 0,67 0,83 0,90 Enddurchmesser

(D_f), in mm 1,50 4,32 3,58 4,32 Endwandstärke

(W_f), in mm 0,67 0,64 0,73 0,81

R 4,4 3,4 3,6 2,6

Deformations verhältnis R = ' ⁿBff

W₀

Da die Vierte des Deformationsverhältnisses R gemäss Tabelle 3'den zurzeit von Verbrauchern von Rohren aus Titanlegierung geforderten minimalen Wert von 0,6 überschreiten, ergibt sich, dass das erfindungsgemässe Ver-

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fahren zusätzlich zu den geforderten Vierten der absoluten Festigkeit, der Streckgrenze und der Bruchdehnung eine Korngrösse und ein Kristallgefüge schafft, das eine Korn- und Kristallorientierung ermöglicht, wobei dem Fachmann klar ist, dass derartige Orientierungen vorteilhaft für die Aufnahme von Dauerbelastungen durch das Rohr sind.

In Figur 7 ist eine andere erfindungsgemässe Möglichkeit für ein zufriedenstellendes hydrostatisches Strangpressen des Knüppels 12 und des verformbaren Kerns 16 gemäss Figur 2 gezeigt, wobei das hydrostatische Fluid 22 den Knüppel 12 umgibt. Wenn der Aussendurchmesser des Knüppels bezüglich dessen Innendurchmesser so dimensioniert ist, dass sich das richtige Volumenverhältnis bezüglich der Wandstärke des herzustellenden. Rohres ergibt, so kann der Knüppel 12 von einem komplementär geformten Materialkörper 60 umgeben sein, der das richtige Volumen an hydrostatischem Fluid 22 für das hydrostatische Strangpressen sicherstellt. Das Material 60 soll vorbestimmte mechanische Eigenschaften bezüglich den mechanischen Eigenschaften des Materials des Knüppels 12 haben, beispielsweise sollte das Material 60 In wesentlichen die gleiche öder eine geringfügig niedrigere Härte als das Material des Knüppels 12 aufweisen.

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Obwohl die Erfindung vorstehend anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben wurde, ist sie nicht auf diese beschränkt, sondern es sind weitere Abwandlungen und Änderungen möglich, die alle unter die Erfindung fallen.

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Claims

Ansprüche

[ 1.^Verfahren zur Herstellung eines Formstücks, insbesondere eines Rohres, dadurch gekennzeichnet, dass ein vorgeformter Rohling aus einem ersten Material mit vorbestimmter physikalischer Konfiguration und mindestens einer öffnung hergestellt wird, dass in die öffnung ein verformbarer Kern aus einem zweiten Material, dessen mechanische Eigenschaften in vorbestimmter Weise den mechanischen Eigenschaften des ersten Materials zugeordnet sind, eingesetzt wird, wobei der Rohling ein vorbestimmten Yolumenverhältnis zum herzustellenden Formstückund der Kern ein vorbestimmtes Volumenverhält* nis gum Rohling hat, dass der den verformbaren Kern enthaltende Rohling durch eine Strangpressform gepresst wird, dass der stranggepresste Körper des Rohlings bei verb©stimmter Temperatur und für eine v©rbestimmte Zeitspanne geglüht und dass dann der stranggepreiste und geglühte Rohling einer Kaltverformung unterworfen wird,

2* Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der verformbare Kern vor dem Strangpressen mit dem Rohling verbunden wird.

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- 2β -

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussenfläche des Rohlings vor dem Strangpressen geschmiert wird.

H, Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Glühen bei einer Temperatur von 7O4°C bis 8l6°C erfolgt.

5, Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis l\, dadurch gekennzeichnet, dass die Glühzeit eine bis drei Stunden beträgt.

6, Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Kaltverformen durch Walzen er» folgt,

7, Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass man hydrostatisch strangpresst.

8, Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohling vor dem hydrostatischen strangpressen mit einem Körper aus einen dritten vorbestimmten Material umgeben wird«

9, Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das vordere Ende des Rohlings und

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des Kerns konisch ausgebildet werden.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanischen Eigenschaften des zweiten Materials gleich den mechanischen Eigenschaften des ersten Materials gewählt werden.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern aus einem Material besteht, dessen Werte der mechanischen Eigenschaften kleiner sind als die Werte des ersten Materials.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der verformbare Kern nach dem* Glühen aus dem stranggepressten Rohling entfernt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass vor Weiterverarbeitung des geglühten Rohlings in diesen ein nicht verformbarer Kern aus einem dritten Material eingesetzt wird, dessen mechanische Eigenschaften den mechanischen Eigenschaften des ersten Materials zugeordnet sind.

1H. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bereichsverringerung des

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Rohlings von 8o bis 99 % erzeugt wird.

15· Verfahren nach Anspruch Ih₃ dadurch gekennzeichnet, dass der Strang gepresste und geglühte Rohling eine Querschnittsverringerung um 25 % bis 50 % erfährt.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohling nach der Kaltverformung bei einer vorbestimmten Temperatur und für eine vorbestimmte Zeitspanne geglüht wird.

17· Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die vorbestimmte Temperatur zwischen 593 'C und 927 C und die vorbestimmte Zeitspänne zwischen einer Stunde und drei Stunden liegt.

18. Verfahren nach Anspruch l6_oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohling nach dem zweiten Glühen
erneut kalt verformt wird.

19· Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der kaltverformte Rohling in einem Temperaturbereich von 3^3°C bis 593°C für eine Zeitspanne von ein bis drei Stunden geglüht wird.

409830/07A0

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass als erstes Material eine Titanlegierung verwendet wird.

su:el

409830/0740