DE2508490A1

DE2508490A1 - Metallischer verbundwerkstoff und herstellungsverfahren hierzu

Info

Publication number: DE2508490A1
Application number: DE19752508490
Authority: DE
Inventors: Friedrich Ing Grad Schneider; Dieter Dipl Ing Dr Re Stoeckel
Original assignee: RAU FA G
Current assignee: RAU FA G
Priority date: 1975-02-27
Filing date: 1975-02-27
Publication date: 1976-09-02
Also published as: GB1528514A; DE2508490C3; BR7601216A; ES445491A1; DE2508490B2

Description

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Anmelder: G. iiau, Pforzheim

ΐ-Ietallischer Verbundwerkstoff und Herstellungsverfahren hierzu

Die Erfindung betrifft einen metallischen Verbundwerkstoff in Draht- bzw. Stangenform, welcher aus wenigstens zwei unterschiedlichen, unter Querschnittsverringerung gemeinsam spanlos verformten Metall-Komponenten besteht, die miteinander metallisch verbunden sind. Es werden außerdem vorteilhafte Verfahrensmerkmale zur Herstellung eines solchen Verbundwerkstoffes angegeben.

j3s ist bereits bekannt, metallische Verbundwerkstoffe, insbesondere Faserverbundwerkstoffe, in Draht- bzw. Stangenform durcn gemeinsame spanlose Verformung von Manteldrähten herzustellen. Als Hanteldrähte werden dabei solche Zwischenerzeugnisse bezeichnet, bei denen ein metallischer Kern mit einem Mantel in einer festen metallischen Bindung verbunden ist. Bei der Herstellung eines Faserverbundwerkstoffes aus solchen Manteldrähten wählt man den Kern der Manteldrähte aus Fasermaterial und den Mantel aus Matrixmaterial. Nach der gemeinsamen spanlosen

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Verformung tritt zusätzlich zu dem bereits vorhandenen festen metallischen Verbund zwischen Mantel und Kern ein metallischer Verbund zwischen den Mantelwerkstoffen ein, so daß eine gemeinsame homogene Matrix entsteht, in der eine Anzahl, insbesondere eine Vielzahl von Fasern aus iiernmaterial eingebettet ist. Die herstellung von Manteldrähten erfordert eine Vielzahl von Arbeitsgängen und ist daher kostspielig.

Die Erfindung geht von der Aufgabenstellung aus, einen metallischen Verbundwerkstoff in Draht- bzw. Stangenform zu schaffen, welcher die günstigen Eigenschaften eines aus Manteldrähten erzeugten Verbundwerkstoffes mit einer erheblichen Vereinfachung des Herstellungsvorganges und damit der Herstellungskosten verbindet. Das Kennzeichnende der Erfindung ist darin zu sehen, daß der Verbundwerkstoff aus einem Bündel von spanlos verformten Rohren besteht, in welche Massivdrähte eingesteckt sind, und daß die Lage der Rohre im Bündel der gewünschten Komponentenverteilung entspricht. Anstelle vorbekannter Manteldrähte werden somit Rohre mit lose eingesteckten Massivdrähten verwendet, und es ist offensichtlich, daß ein solches Herstellungsverfahren, vor allem bei Verbundwerkstoffen mit relativ wenigen eingelagerten Fasern, wegen der geringen Anzahl der Arbeitsgänge wesentliche Vorteile bietet. Überraschend wurde festgestellt, daß bei der gemeinsamen spanlosen Verformung eines solchen Bohrbündels, die die Matrix bildenden Rohre die Zwischenräume gleichmäßig ausfüllen und somit eine nahezu ideale Ver-

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teilung der drahtförmigen Komponenten in der Matrix bewirken, wobei eine feste metallische Verbindung der Rohrwerkstoffe untereinander und mit den eingelagerten Drähten sowie gegebenenfalls mit der rohrförmigen Ummantelung erzielt wird. Gegebenenfalls können vorteilhaft mehrere Rohre ineinander angeordnet werden, und es läßt sich ferner eine Ausi'ührungsform angeben, bei der in einem Bohr oder in mehreren ineinander angeordneten Rohren mehrere Massivdrähte liegen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann es zweckmäßig sein, daß das Rohrbündel mit eingelegten Massivdrähten in einem gemeinsam verformten Mantelrohr angeordnet ist. Die Verwendung eines solchen Mantelrohres ist bereits bei der Herstellung von Verbundwerkstoffen aus Manteldrähten bekannt, im vorliegenden Fall wird jedoch dadurch eine zusätzliche Verbesserung erzielt.

Es kann ferner zweckmäßig sein, daß die Rohre aus einem Edelmetall und die Massivdrähte aus einem unedlen Metall bestehen. Bei einer solchen Kombination können die Rohre wenigstens in überwiegendem Anteil Silber und die Massivdrähte wenigstens in überwiegendem Anteil Nickel enthalten. Eine andere gegebenenfalls zweckmäßige Ausführung sieht vor, daß die Rohre aus Aluminium und die Massivdrähte aus Nickel bestehen. Ebenso kann eine Kombination von Kupfer oder Kupferlegierungen als Rohrwerkstoff und Nickel bzw. dessen Legierungen als Massivdrahtwerkstoff für verschiedene Anwendungszwecke, z.B. für Elektroden,

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von Vorteil sein. Es kann ferner vorteilhaft sein, daß der Werkstoff des Kantelrohres dem Werkstoff der Massivdrähte entspricht. Dies bedeutet, daß bei Massivdrähten aus Nickel auch ein Mantelrohr aus Nickel verwendet wird. In einer anderen gegebenenfalls zweckmäßigen Ausführung entspricht der Werkstoff des Mantelrohres dem Werkstoff der Rohre, so daß eine homogene Matrix, bestehend aus Mantelrohr und Umkleidungsrohren geschaffen wird, in die Stangen bzw. Fasern aus dem Werkstoff der Massivdrähte in metallisch fester Verbindung aller Komponenten eingelagert sind.

Da als Ausgangsmaterial für den metallischen Verbundwerfestoff Halbzeuge in Hohr- oder Drahtform verwendet werden, können die Querschnitte dieser Halbzeuge je nach den geforderten geometrischen Anordnungen im Querschnitt des Verbundwerkstoffes verschiedene Formen aufweisen. Bevorzugt werden runde und eckige, insbesondere sechseckige Querschnitte.

Der Begriff Rohre soll sowohl nahtlos oder geschweißt hergestellte Rohre als auch Schlitzrohre mit achsenparalleler oder wendeiförmiger Stoßfuge umfassen.

Ein zweckmäßiges Verfahren zur Herstellung des angegebenen Verbundwerkstoffes kann in der Weise ausgeführt werden, daß die Massivdrähte in die Rohre lose eingesteckt bzw. mit Streifen- oder Drahtmaterial zur Bildung der Rohre umkleidet werden, und daß die, mindestens mit einem

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Hassivdraht bestückten Rohre zu einem Bündel zusammengefaßt und anschließend so lange gemeinsam verformt werden, bis durch Kaltverschweißung eine feste Verbindung der metallischen Komponenten eintritt. Die spanlose Verformung zur Kaltverschweißung kann dabei zweckmäßig in mehreren Arbeitsgängen erfolgen, wobei die eintretende metallische Verbindung gegebenenfalls durch mindestens eine Diffusionsglühung verstärkt wird. Zur Durchführung des angegebenen Verfahrens kann es ferner zweckmäßig sein, daß der Anfang des losen Bündels von Rohren und Drähten darch Bildung einer Ziehangel kraftschlüssig verbunden wird, und daß die nachfolgende Kaltverformung durch Ziehen erfolgt. Es kann zweckmäßig sein, daß die Rohre oder die Massivdrähte eine den Schweißvorgang begünstigende Oberflächenbeschichtung aufweisen. Zur Erzielung einer einwandfreien metallischen Verbindung erscheint es erforderlich, die Rohre und die Massivdrähte vor dem Zusammenstecken an ihren Oberflächen intensiv zu reinigen, beispielsweise durch Innensandstrahlen der Rohre bzw. durch Abbeizen der Drähte in warmer Salpetersäure .

Eine andere zweckmäßige Ausgestaltung des Verfahrens kann darin bestehen, daß die Rohre mit lose eingelegten Massivdrähten zunächst in einem verlorenen Mantelrohr gebündelt und mit diesem gemeinsam verformt werden, und daß das Mantelrohr nach erfolgter Formung und Kaltverschweißung der metallischen Werkstoffe der Rohre und der Drähte chemisch oder mechanisch abgelöst wird.

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Mit den Merkmalen der Erfindung lassen sich Verbundwerkstoffe aus preisgünstigen Halbzeugen in Rohr- und Drahtform durch ein einfaches Herstellungsverfahren herstellen. Das Endprodukt weist eine geometrische Verteilung der Komponenten auf, die als ideal angesehen werden kann und der Verteilung eines aus kostspieligen Manteldrähten hergestellten Faserverbundwerkstoffes gleichwertig ist.

Der erfindungsgemäße Verbundwerkstoff eignet sich besonders vorteilhaft zur Herstellung von Schleifkontakten, Reaktions schweißdrähten, Funkenerosionselektroden und für Zündkerzen mittelelektroden.

Ausführungsbeispiel 1

Silber-Nickel-Verbunddraht mit 19 Fasern aus Reinnickel

In ein Mantelrohr 1 aus Silber (vgl. Figur 1) von 22 mm Außendurchmesser und 20 mm Innendurchmesser werden 19 Rohre 2 aus Silber eingesteckt, deren Außendurchmesser 4 mm und deren Innendurchmesser 3 mm beträgt. In diese Rohre 2 wurden bereits vor dem Einstecken in das Mantelrohr 1 Nickeldrähte 3 mit einem Durchmesser von 2,5 mm eingebracht. Nach der Verformung ergibt sich der in Figur 2 dargestellte Faserverbundwerkstoff. Es ist zu beachten, daß die Darstellung der Figuren 1 und 2 im Maßstab 1 : 5 vergrößert ist.

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Ausführungsbeispiel 2

Mekel-Aluminium-Nickelverbunddraht mit 7 Fasern aus Reinnickel

In ein Mantelrohr 4 aus Nickel von 11,5 mm Außendurchmesser und 9,5 mm Innendurchmesser werden 7 Rohre 5 aus Aluminium mit 3 mm Außendurchmesser und 2,5 mm Innendurchmesser eingesteckt, in die Massivdrähte 6 aus Reinnickel mit 2,16 mm Durchmesser vorher eingebracht worden sind (vgl. Figur 3).

Dieses Bündel wird durch Hämmern mit einer Ziehangel versehen und anschließend in 21 Ziehvorgängen ohne Zwischenglühung auf einen Durchmesser von 3 mm heruntergezogen. Der fertige Verbundwerkstoff in Drahtform weist einen Querschnitt gemäß Figur 4 auf, der Flächenanteil des Aluminiums beträgt ca. 20$. Die Darstellung der Figuren 3 und 4 entspricht einer Vergrößerung von etwa 1:8.

Ausführungsbeispiel 3

Silber-Nickel-Verbunddraht mit 19 Fasern aus Reinnickel

Die Herstellung dieses Verbundwerkstoffes erfolgt zunächst wie im Ausführungsbeispiel 1 beschrieben. Anstelle des dort vorgesehenen Mantelrohres aus Feinsilber wird jedoch ein Mantelrohr aus Eisen mit gleichen Abmessungen verwen-

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det, das nach erfolgter Verschweißung der Rohre 2 aus Silber untereinander und mit den eingelegten Massivdrähten 3 aus Nickel chemisch abgelöst wird. Dadurch ergibt sich eine gleichmäßige Verteilung der Fasern auch in den Randbezirken. Der Silbergehalt liegt in diesem Falle bei etwa 45 Gewichtsprozent.

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Claims

Ansprüche

π. ,Metallischer Verbundwerkstoff in Draht- bzw. Stangenform, welcher aus wenigstens zwei unterschiedlichen, unter Querschnittsverringerung gemeinsam spanlos verformten Metallkomponenten besteht, die miteinander metallisch verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbundwerkstoff aus einem Bündel von spanlos verformten Rohren besteht, in welche Massivdrähte eingesteckt sind, und daß die Lage der Rohre im Bündel der gewünschten Komponentenverteilung entspricht.
2. Verbundwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohrbündel mit eingelegten Massivdrähten in einem gemeinsam verformten Mantelrohr angeordnet ist.
3. Verbundwerkstoff nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre aus einem Edelmetall und die Massivdrähte aus einem unedlen Metall bestehen.
4. Verbundwerkstoff nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Rohre aus Silber und die Massivdrähte aus Nickel bestehen.

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5. Verbundwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Rohre aus Aluminium und die Massivdrähte aus Nickel bestehen.
6. Verbundwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Rohre aus Kupfer bzw. aus einer Kupferlegierung und die Massivdrähte aus Nickel bzw. aus einer Nickellegierung bestehen.
7. Verbundwerkstoff nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff des Mantelrohrs dem Werkstoff der Massivdrähte entspricht.
ei. Verbundwerkstoff nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff des Mantelrohrs dem Werkstoff der eingelegten Rohre entspricht.
9. Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstoffes nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Massivdrähte in die Rohre lose eingesteckt bzw. mit Streifen- oder Drahtmaterial zur Bildung der Rohre umkleidet werden, und daß die mit mindestens einem Massivdraht bestückten Rohre zu einem Bündel zusammengefaßt und anschließend so lange gemeinsam spanlos verformt werden, bis durch Kaltverschweißung eine feste Verbindung der metallischen Komponenten eintritt.

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10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die im Kaltschweißvorgang eintretende metallische Verbindung durch mindestens eine Diffusionsglühung verstärkt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß der Anfang des losen Bündels von Rohren und Drähten durch Bildung einer Ziehangel kraftschlüssig verbunden wird, und daß die nachfolgende Kaltverformung durch Ziehen und/oder Walzen bzw. Hämmern erfolgt.
12. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre und/oder die Massivdrähte eine den Schweißvorgang begünstigende Oberflächenschicht aufweisen.
13. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre und die Massivdrähte vor dem Zusammenstecken an ihren Oberflächen intensiv gereinigt werden.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre mit lose eingelegten Massivdrähten zunächst in einem verlorenen Mantelrohr gebündelt und mit diesem gemeinsam verformt werden, und daß das Mantelrohr nach erfolgter Kaltverschweißung des metallischen Werkstoffes der Rohre und der Drähte abgelöst wird.

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