DE2743551A1

DE2743551A1 - Verfahren zur herstellung einer titanmuenze aus titanpulver sowie danach hergestellte muenze

Info

Publication number: DE2743551A1
Application number: DE19772743551
Authority: DE
Inventors: Timothy Murphy; Milton L Selker; Edward L Thellmann
Original assignee: Gould Inc
Current assignee: Gould Inc
Priority date: 1976-11-10
Filing date: 1977-09-28
Publication date: 1978-05-18
Also published as: SU724080A3; CA1094358A; JPS5360809A

Description

Die In diesem Lande und im Ausland in den letzten Jahren gepräg
ten Mtinzen sind hauptsächlich aus silberplattiertem oder Kupfernickel-plattiertem weichem Kupferband hergestellt worden. Die Verfahren zur Anfertigung derartiger Bänder umfassen im allgemeinen das Herstellen des Kern- und Plattiermaterials, dessen Zusammenbau in. eine mehrlagige Sandwichplatte und ihre Bearbeitung auf das endgültige Maß. Derartige Verfahren zeichnen sich durch getrenntes Schmelzen und Gießen von Kern- und Plattiermaterial und anschließendes Warmwalzen des Materials auf eine genaue Dicke aus. Im besonderen wird das Kernmaterial geschmolzen, warmgewalzt, auf Länge geschnitten, fertig gewalzt, walzengerichtet (z.B. walzen-kalibriert) und dann auf Länge geschnitten.
Die Bonder werden anschließend zusammengerollt, gewogen, entfettet und in einer Schutzatmosphäre spannungsfrei geglüht. Die Bänder werden dann wieder auseinandergerollt, und die beiden Seiten des Kernmaterials aufgerauht, wohingegen nur eine Seite des Plattiermaterials aufgerauht wird sie aufgerauhten Oberflächen werden aneinander gelegt und der Rand der mehrlagigen Sandwichplatte punktverschweißt. Zur Erreichung einer metallurgischen Bindung wird die mehrlagige Sandwichplatte anschließend warmgewalzt und dann kaltgewalzt, bis zu ihrer endgültigen Dicke. Es ist einzusehen, daß diese Arbeitsabläufe sorgfältig durchgeführt werden müssen, um ein Band mit den erforderlichen metallurgischen Eigenschaften und einer genauen Dicke zu erhalten.
Im Hinblick hierauf sind das Herstellungsverfahren und die verwendeten Metalle teuer und in manchen Fällen giftig.
Es wurde hereits vorgeschlagen, Münzen durch metallurgische Pulververfahren herzustellen. In der Veröffentlichung "Progress in Powder Metallurgy'1, 1962, Bd. 18, Seiten 115-123, wurde ein Verfahren zur Herstellung von Münzen, das PreßkNr?er aus Yvupfer-Nickel, Messing bzw. Silber-Kupfer verwendet, beschrieben.
Derartige Preßkörper sind kaltverpreßt und durch Sintern auf eine Dichte gebracht, die 90 % hMher als die theoretische Dichte liegt.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Titanmünzen aus Metallpulver, das die Abnutzung des Prägewerkzeuges vorteilhaft herabsetzt. Gemäß der Erfindung wird das Titanpulver bei ausreichendem Druck kaltverpreßt, um einen Münzrohling mit einer Dichte zwischen etwa 60 und 90 % seiner theoretischen Dichte zu erhalten. Nach dem Kaltpressen knn der Rohling bei Temperaturen zwischen etwa 10100 C und 12040 C (18500 und 22000 F) gesintert werden. Der Rohling wird mit Prägewerkzeugen bei genügendem Druck anschließend geprägt, um eine Titanminze zu bilden, die Bne Dichte von wenigstens 90 % ihrer theoretischen Dichte aufweist. Die durch Kaltverpressen erhaltene Dichte ist ein wichtiges Merkmal der Erfindung, und zwar deshalb, falls die Dichte zu niedrig liegt, extrem hohe Drücke beim Fertigprägen angewendet werden müssen, um eine dementsprechend feste Münze zu erhalten, und andererseits, wenn die Dichte nach dem Kaltvernressen zu hoch ist, ein typischer Radialfluß im Gefüge der Münze erhalten wird, der schnellen Verschleiß des PrRgewerkzuges verursacht. Dieses Problem besteht auch bei der Prägung von Metallrohlingen aus festen, nicht-gebulverten Materialien.
Ein besonders großer Vorteil dieser Erfindung liegt daher darin, die Abnutzung der Prägerwerkzeuge auf ein Mindestmaß herabzusetzen.
Die erfindungsgemäßen Münzen werden aus Titanpulver hergestellt, das nicht giftig ist, reichlich zur Verfügung steht und im Vergleich zu Nickel zur Zeit preisgünstig Ist. Das Titanpulver kann ein Abfallprodukt aus der normalen Titanproduktion zur Erzeugung von Titanschwamm aus Titanerz, wie beispielsweise Rutil, sein.
Das erfindungsgemäße Verfahren beruht dem Prinzip nach auf einem Kaltvernressen von Titannulver hei ausreichendem Druck, um einen Münzrohling mit einer Dichte zwischen etwa 60 und 90 % seiner theoretischen Dichte zu erhalten. Der Rohling wird anschlieRend mit dem Prägewerkzeug bei ausreichendem Druck genrägt, um eine Titanmünze mit einer Dichte von wenigstens 90 % ihrer theoretischer Dichte zu formen. In Abwandlung nach der Erfindung kann sich nach dem Kaltvernressen ein Sintern bei einer Temperatur zwischen etwa 1010 und 1204°C im Vakuum anschließen.
Die erfindungsgemäßen Münzen können mit einer ferromagnetische oder nicht-ferromagnetische Eigenschaften besitzenden festen Einlage oder Kern versehen werden, so daß eine erfindungsgemäße Münze von einer nachgeahmten in einem Automaten beispielsweise durch Änderungen in einem magnetischen Feld, durch das die Münze hindurchgeht, unterschieden werden kann. Die Einlage kann auch eine nicht-symmetrische Form haben, so daß die Münze mit eier wechselnden, vorher hestimmten Geschwindigkeit eine Ramne in dem Automaten passiert.
Rohlinge mit Verschiedener Dichte wurden kaltverpreßt, gesintert und nach dem errindungsgem.Mßen Verfahren geprgt. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle angegeben.
T A B E L L E Nr. Vorgeprägt Geprägt Durchmesser Tonnenangabe Druck Dicke Dicke atx103 (1) (2) (3) (4) (5) (6) Gewichtsbereich 4,63 - 4,68 g Probe 393-1 -90 % Dichte - 1010°C / 2 Std.
1 2,25 mm 2,18 mm 26,17 mm 61,4 t 11,42 2 2,23 " 2,20 " 26,16 " 68,8 " 12,79 3 2,21 " 2,18 26,16 " 68,8 " 12,79 97,7 % Dichte Probe 393-2 -80 % Dichte - 1010°C / 2 Std. Gewichtsbereich 4,66 - 4,73g- 1,5% 1 2,51 mm 2,26 mm 26,17 mm 52,0 t 9,67 2 2,51 " 2,23 " 26,21 " 66,9 " 12,58 3 2,51 " 2,26 " 26,21 " 66,9 " 12,58 96,4 % Dichte Probe 393-3 -70 % Dichte - 1010°C / 2 Std. Gewichtsbereich 4,65 - 4,70g- 1,1% 1 2,82 mm 2,23 mm 26,21 mm 57,6 t 10,71 2 2,84 " 2,23 " 26,21 " 55,8 " 10,38 3 2,82 " 2,21 " 26,21 " 69,1 " 12,85 97,7 % Dichte Probe 393-4 -60 % Dichte - 1010°C / 2 Std. Gewichtsbereich 4,72 - 4,78g- 1,3% 1 3,40 mm 2,29 mm 26,21 mm 53,9 t 10,03 2 3,33 " 2,23 " 26,21 " 63,2 " 11,75 97,7 % Dichte Tabelle (Fortsetzung) (1) (2) (3) (4) (5) (6) Probe 393-5 -70 % Dichte - 1204°C / 2 Std. Gewichtsbereich 4,70 - 4,77 g- 1,5% 1 2,90 mm 2,68 mm 25,98 mm 16,2 t 3,01 2 2,92 " 2,59 " 26,03 " 20,3 " 3,78 3 2,84 " 2,49 26,09 " 24,4 " 4,54 4 2,90 " 2,44 26,10 " 27,8 " 5,18 5 2,92 " 2,34 26,16 " 37,2 " 6,91 6 2,90 " 2,26 26,19 " 50,2 " 9,34 7 2,90 " 2,23 26,21 " 60,9 " 11,34 96,1 % Dichte Probe 393-6 -80 % Dichte - 1204°C / 2 Std. Gewichtsbereich 4,57 - 4,63g- 1,2% 1 2,51 mm 2,29 mm 26,11 mm 27,8 t 5,18 2 2,51 " 2,46 " 26,03 " 11,2 " 2,08 3 2,49 " 2,29 " 26,09 " 29,7 " 5,54 4 2,26 " 2,23 " 26,12 " 40,9 " 7,62 5 2,48 " 2,20 " 26,19 " 53,9 " 10,03 6 2,26 " 2,20 " 26,21 " 65,1 " 12,11 7 2,48 " 2,19 " 26,19 " 65,1 " 12,11 8 2,46 " 2,18 " 26,19 " 63,0 " 11,72 96,4 % Dichte Probe 393-7 -90 % Dichte - 1204°C 2 Std. Gewichtsbereich 4,58 - 4,67g- 2,0% 1 2,21 mm 2,17 mm 26,16 mm 66,9 t 12,58 2 2,21 " 2,13 " 26,16 " 65,1 " 12,11 3 2,23 " 2,16 " 26,16 " 65,1 " 12,11 4 2,20 " 2,18 " 26,11 " 50,2 " 9,34 95,1 % Dichte Wle aus der Tabelle zu ersehen ist, wurden die Titanrohlinge mit 60 %, 70%, 80 % und 90 % Dichte bei 10100C (18500F) 2 Stunden und auch Titanrohlinge mit 70 S, 80 % und 90 % Dichte bei 12040c (22000F) 2 Stunden gesintert. Jede Probe wurde auf eine Dicke von 2,03 mm (0,080") geprägt, so daß die Münze eine Dichte von 98 % haben würde. Jeder Rohling hatte nach maschineller Bearbeitung einen Durchmesser von 25,65 # 0,025 mm (1,010 - o,Ol"), um das Prägen mit der Prägeaparatur der US-Mflnze in Philadelphia zu erleichtern. Das Prägen wurde aufeiner Gelenkpresse durchgeführt, wobei die Kräfte entweder mit einer Meßdose oder einem Dehnungs-Meßgerät gemessen wurden. Die Prägewerkzeuge wurden aus 52100-Werkzeugstahl hergestellt. Jede Rohlingsform wurde vdn Hand gefüllt und auf individuelle Weise extrahiert. Da Druckjustierungen anhand von Dickenänderungen vorgenommen wurden, war es schwierig, eine Verdoppelung der Tonnage von einer Serie zur anderen zu erreichen. Die Serie 393-5 70 % Dichte und gesintert bei 1204°C (2200°F), 2 Stunden lang, wurde den ersten Prägeversuchen entnommen. Das Münzflächendetail war bei einem Druck von 5,2 x 103 at (33 tsi) als sehr gut anzusehen, selbst wenn die Werkzeugform nicht ganz gefüllt war. Bei vollständiger FormrUllung ergaben sich Drucke von 9,3 x 103 at (59 tsi) und 11,34x103 at (72 tsi) in dieser Serie. Die Serie 393-6, mit 80 % Dichte und einer für 2 Stunden bei 1204°C (2200°F) gehaltenen Sintertemperatur, wurde ebenfalls bei verschiedenen Einstellungen geprägt und bei einem Druck von 10,08 x 103 at (64 tsi) wurde bei gefüllter Form ebenfalls ein gutes Münzflächendetail erhalten. Die ilbrigen Versuche wurden hei Drucken im Bereich von 9,45 x 103 at bis 12,76 x 103 at (6o bis 81 tsi) durchgeführt. Die geprägten Milnzen aus Rohlingen mit 90 % Dichte bei einem auf dem Münzdurchmesser basierenden Druck von 12,60 x 103 at (80 tsi) filllten nicht die PrBgeform.
Die Münze kann mit einer Einlage oder einem Kern mit ferromagnetischen oder nicht-ferromagnet1-schen Eigenschaften versehen werden, so daß die Münze, wenn sie in einem Automaten ein magnetisches Feld passiert, beim Herabrollen auf einer Rampe abgebremmst wird, und zwar aufgrund der vorhandenen ferromagnetischen Folieneinlage (Eisen) oder des in der nicht-ferromagnetischen Finlage (Kuprer, Nickel oder Aluminium) erzeugten Wirbelstromes (eddy current). Die Einlage kann aus einem ungleichförmigen Stück, beispielsweise einem T-Stück, sein, so daß sich von Milnzrand zu Münzrand ein Unterschied' in der Flußdichte ergeben kann.
Dies führt dazu, daß die Münze schneller oder langsamer die Rampe des Automaten passiert. Wenn die Einlage keinen gleichmäßigen Aufbau besitzt, würde die Münze ebenfalls ein magnetisches Feld, In dem eine FUhlerspule angebracht ist, passieren, so daß periodische Veränderungen in der Flußdichte festgestellt werden können.
So würde eine geflschte Münze charakteristische periodische Veränderungen in der Flußdichte, die mit Hilfe des Automaten feststellbar slnd, erzeugen.
Unter Ausnutzung der Tatsache, daß sich Titan leicht mit Stickstoff und Sauerstoff verbindet, können die Münzen in verschiedenen Farben hergestellt werden. Fin Gold- oder Purpur-Färbemittel kann während des Erhitzens in Gegenwart von Stickstoff oder Sauerstoff zugesetzt werden. So kann beispielsweise ein Goldfarbton durch Erhitzen des Rohlings bei einer Temperatur von etwa 343°C (650°F) in einer Sauerstoffumgebung erhalten werden. Das Erhitzen des Rohlings in Luft bei etwa 5430C (11000F) fahrt dazu, daß der Rohling einen blauen Farbton mit einer abgeschwPchten Goldtönung annimmt. Das Erhitzen in einer Stickstoffumgebung bei -etwa 530C (1100°F) bewirkt, daß der Rohling einen blauen Farbton annimmt.
Zahlreiche Vorteile ergeben sich, wenn gepulvertes Titan bei der Herstellung von Münzen verwendet wird. Zu diesen Vortellen gehe5ren: (1) Hohe Produktion unter Anwendung pulver-metallurgischer Verfahren, (2) sehr wenig Ausschuß bei Pulver/Metall-Technologies (3) Maßkontrolle ist äußerst leicht durchführbar, (4) Titanlegierungen mit speziellen Eigenschaften sind herstellbar, (5) diskrete Teilchen anderer Stoffe können zu Titanpulver vor dem Verpressen zugegeben werden, (6) Titan ist nicht giftig, (7) Dichte und Leiterfähigkeit können e nach Stoffzusatz zu der Pulvermischung verändert werden, (8) Titan bleibt optisch für lange Zeit unverändert, ein (9) Titan ist/relativ hRufiger Stoff und leicht erhEltlich, und (10) das Metallpulver-Verfahren ist energiesparend.
Ein Verfahren zur Herstellung einer Titanmünze aus Pulvermetall wurde vorgeschlagen, bei dem kaltverpreßten Titanpulver unter ausreichendem Druck steht, um einen Münzrohling mit einer Dichte zwischen etwa 60 % und 90 % seiner theoretischen Dichte herzustellen. Der Rohling wurde anschließend bei einem ausreichenden Druck mit Prägewerkzeugen geprgt, um eine Tltanmnze zu erhalten, die eine Dichte von mindestens 90 % ihrer theoretischen Dichte aufweist. Gemäß einer Ausfflhrungsform der Erfindung wurde die Münze mit einer ferromagnetischen bzw. nicht-ferromagnetischen Folieneinlage versehen, so daß die erfindungsgemäße Münze von einer falschen beisolelsweise durch Änderungen eines in einem Automaten anregbaren Magnetfeldes, das die Münze passiert, unterschieden werden kann. In Abwandlung der Erfindung kann sich an das Kaltverpressen das Sintern hei einer Temperatur zwischen 10100C (1850°F) und 1204°C (22000F) anschließen. Während des Erhitzens des Rohlings in einer kontrollierten AtmosphUre kann ein Farbmittel zugesetzt werden.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Titanmünze aus Titanpulver sowie danach hergestellte Münze.

Patentansprüche 1. Verfahren zur Herstellung einer Titanmünze aus Titanpulver unter KaltverDressen von zur Verfügung stehendem Titanpulver, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Titanpulver einem ausreichenden Druck ausgesetzt wird, um einen Münzrohling zu bilden, der eine Dichte zwischen etwa 60 und 90 % seiner theoretischen Dichte hat, und die Prung des Rohlings mit den Prägewerkzeugen bei ausreichendem Druck stattfindet, um eine Titanmünze zu erhalten, die eine Dichte von mindestens 90 % ihrer theoretischen Dichte aufweist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß der Rohling bei einer Temperatur von über 1X (1S500 F) im Vakuum nach dem Kaltverpressen gesintert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k c n n -zeichnet, daß der Prägedruck zwischen etwa 9,45x103 und 15,75x103 at (60 und 100 tsi) liegt.
4. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß der Rohling bei einer Temperatur zwischen etwa 10100 C (18500 F) und 12040 C (22000 F) im Vakuum nach dem Kaltverpressen gesintert wird.
5. Verfahren zur Herstellung einer Titanmünze aus gepulvertem Titanmetall mit einer festen Einlage im kaltverpreßten Titanpulver, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das gepulverte Titanmetall eine feste Einlage als Kern hat und daß das Titanmetall als Umhüllung dient, das Kaltverpressen bei ausreichendem Druck stattfindet, um einen Münzrohling zu bilden, der eine Dichte zwischen etwa 60 % und 90 % seiner theoretischen Dichte aufweist, und daß das Prägen des Rohlings mit de Preßwerkzeugen bei ausreichendem Druck vorgenommen wird, um eine Titanmnze mit einer Dichte von mindestens 90 % ihrer theoretischen Dichte zu erhalten.
6, Verfahren nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n -z c 1 c h n e t, daß der Rohling bei einer Temperatur von über etwa 10100 C (18500 F) im Vakuum nach dem Kaltverpressen gesintert wird.
7, Verfahren nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß der PrAgedruck zwischen etwa 9,45x103 und 15,75x103 at (60 und 100 tsi) liegt.
8. Verfahren nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daB die feste Einlage ferromagnetisch ist.
9 Verfahren nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n -z e 1 c h n e t, daß die ferromagnetische Einlage aus Fisen besteht.
10. Verfahren nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß die feste Einlage nicht-ferromagnetisch ist.
11. Verfahren nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß die ferromagnetische Einlage aus Nickel besteht.
12. Verfahren nach Anspruch lo, d a d u r c h g e k e n n -z e 1 c h n e t, daß die nicht-ferromagnetische Einlage aus Aluminium besteht.
13. Verfahren nach Anspruch 10, d a d u r c h g e k e n n -z e 1 c h n e t, daß die nicht-ferromagnetische Einlage aus Kupfer besteht.
14. Titanmünze aus gepulvertem Titanmetall, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das gepulverte Titanmetall zu einem Münzkörper geprMgt wird, der eine Dichte von mehr als 90 % seiner theoretischen Dichte hat.
15. Titanmünze nach Anspruch 14, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß die Münze eine feste Einlage aufweist.
16. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß der Rohling.bei einer Temperatur von etwa 3430 C (6500 F) in einer Sauerstoff-Atmosphre erhitzt wird, damit der Rohling einen Goldton annimmt.
17. Verfahren nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß der Rohling bei einer Temperatur von etwa 3430 C (6500 F) in einer Sauerstoff-Atmosphre erhitzt wird, damit der Rohling einen Goldton annimmt,
18. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß der Rohling bei einer Temperatur von etwa 5430 C (11000 F) in Luft erhitzt wird, so daß der Rohling eine blaue Farbe mit einer Goldtdnung aurweist.
19. Verfahren nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daR der Rohling bei einer Temperatur von etwa 5430 C (1100° F) in Luft erhitzt wird, damit der Rohling eine bläuliche Farbe mit einer Goldtönung aufweist.
20. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e 1 c h n e t, daß der Rohling bei einer Temperatur von etwa 5430 C (11000 F) in einer Stickstoff-Atmosphäre erhitzt wird, so daß der Rohling eine bläuliche Farbe annimmt.
21. Verfahren nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß der Rohling bei einer Temperatur von etwa 5430 C (1100° F) in einer Stickstoff-Atmosphäre erhitzt wird, so daß der Rohling einen blauen Farbton annimmt.
22. Titanmnze aus gepulvertem Titanmetall und Verfahren zur Herstellung einer solchen Münze.