DE3210304C2 - Verfahren zum Herstellen von Profilen aus Rohteilen aus Titan oder einer Titanlegierung durch Strangpressen bzw. Fliespressen - Google Patents

Abstract

Beim Strang- bzw. Fließpressen von Rohteilen aus Titan oder einer Titanlegierung zu Werkstücken wird der Rohteil zunächst auf eine Temperatur von etwa 40 ° C bis 100 ° C erwärmt, sandgestrahlt und mittels eines bekannten Metallspritzverfahrens auf der blanken Oberfläche eine festhaftende Kupferschicht erzeugt, die während des Strang- bzw. des Fließpressens einen zusammenhängenden Schmiermittelfilm erzeugt. Der bisher übliche hohe Ausschußanteil und der hohe Werkzeugverschleiß, bedingt durch das zuvor auftretende Reißen des Schmierfilms, werden vermieden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen

von Profilen aus Rohteilen aus Titan oder einer Titanle-

' gierung durch Strangpressen bzw. Fließpressen bei dem die Oberfläche der Rohteile mechanisch gereinigt und anschließend eine Schicht aus Kupfer aufgebracht wird.

Im allgemeinen werden vor dem Strangpressen bzw. dem Fließpressen die Rohteile vorbehandelt.

So erfolgt bei Walzstahl eine Wärmebehandlung, die derart geführt ist, daß im Hinblick auf die Anforderungen des Umformvorganges ein entsprechendes Werkstoffgefüge hergestellt wird.

Die Oberflächenbehandlung sorgt für eine wirksame Trennschicht zwischen Werkstückstoff und Werkzeugstoff.

Für das Kaltfließpressen von Stahl von hochfesten Aluminium-Werkstoffen werden Phosphatschichten als Schmierstoffträger-Schichten benötigt.

Als Schmierstoffe werden vorwiegend Metallstearate, M0S2- oder Graphitschmierstoffe verwendet.

Beim Strangpressen von Stahl ist Glas als Schmiermittel bekannt.

Für die Auswahl der Schmierstoffe bzw. der Haftvermittler und der entsprechenden Schmierstoffe bzw. Schmiermittel sind im allgemeinen keine theoretischen Voraussagen möglich.

Der Fachmann muß vielmehr durch einen glücklichen Griff aus einer Vielzahl von möglichen Lösungen für das anstehende Problem den optimalen Haftvermittler bzw. den optimalen Schmierstoff bzw. beide bestimmen, wobei eine für den einen Werkstoff gute Lösung bei einem anderen völlig versagen kann.

Schwierigkeiten ergeben sich insbesondere beim Strangpressen bzw. Fließpressen von Titan und seinen Legierungen.

Titan wird vor allem in der Luftfahrt, in der Weltraumtechnologie und im Reaktorbau eingesetzt, da es bzw. seine Legierungen die Festigkeit von Stahl mit dem niedrigen Gewicht der Leichtmetalle verbindet (verbinden).

Titan und seine Legierungen haben jedoch eine große Affinität zu Sauerstoff und Stickstoff, so daß sich schon bei Raumtemperaturen auf blanken, frisch gereinigten Oberflächen sehr rasch Oxid- und Nitridschichten bilden.

Es zeigte sich auch, daß beim Strangpressen und Fließpressen von bei Raumtemperaturen gelagerten Rohteilen während des Pressens aus der Oberfläche Wasser austreten kann, was auf eine Hydratbildung rückschließen läßt. Die Reaktionsmechanismen sind jedoch im einzelnen noch nicht geklärt.

Es ist bekannt, zum Strangpressen bzw. Fließpressen von Werkstücken aus Rohteilen aus Titan bzw. Titanlegierungen als Schmiermittel Kupfer zu verwenden.

Zu diesem Zwecke werden über die Rohteile Kupferhülsen bzw. Kupferkappen gezogen. Im allgemeinen handelt es sich hierbei um zylindrische Rohteile.

Bei hohlzylindrischen Rohteilen werden in die Bohrungen Hülsen, die ebenfalls aus Kupfer bestehen, eingesetzt, die sich mit einem umlaufenden Flansch auf der einen Stirnfläche des Rohteils abstützen, so daß die Hülse während des Pressens nicht verrutschen kann.

Es ist auch bekannt (DE-OS 16 02 294), statt mit Hülsen aus Kupfer die Rohteile mit Kupfer durch Bswikkeln zu Umhüllen bzw. die Umhüllung elektrolytisch vorzunehmen.

Beim Strangpressen bzw. Fließpressen stellte es sich heraus, daß sich zwar ein Schmiermittelfilm aus Kupfer bildet, dieser jedoch des öfteren reißt, was einerseits zu einer hohen Ausschußquote an Werkstücken und andererseits zu einem hohen Werkzeugverschleiß führte.

Ein unzusammenhängender Schmiermittelfilm aus Kupfer führt dazu, daß die Werkstücke, im allgemeinen sind es Rohre aus Titan oder aus einer Titanlegierung Riefen zeigten, die eine weitere Verarbeitung ausschließen.

Die Effekte, die zum Abreißen des Schmiermittelfilms führen, sind im einzelnen nicht geklärt. Die Ursache kann darin liegen, daß keine feste bzw. hinreichend feste Verbindung zwischen dem Kupfer und dem Titan bzw. der Titanlegierung vorliegt, was zum Abreißen bzw. Einreißen des Schmiermittelfilms führen könnte.

Eventuell bilden sich zwischen den Kupferhülsen und den Rohteilen dünne Luftschichten oder Lufteinschlüsse, die dann während des Strang- bzw. des Fließpressens zu chemischen und/oder physikalischen Grenzschichteffekten führen.

Verfahren zum Herstellen von Profilen aus Rohteilen aus Titan oder einer Titanlegierung durch Strangpressen bzw. Fließpressen bei dem die Oberfläche der Rohteile mechanisch gereinigt und anschließend eine Schicht aus Kupfer aufgebracht wird sind bekannt (GB-PS 7 49 365). Es erfolgt hierbei eine Warmbearbeitung der Rohteile aus Titan bzw. Titanlegierungen.

Im Hinblick darauf, daß die Arbeitstemperaturen zwischen 850° C und 1050⁰C liegen können, kommen für Schmiermittelfilme auch andere Metalle infrage. Der Schmiermittelfilm aus Metall hat hierbei die Aufgabe, eine schnelle Verzunderung der Oberfläche zu unterbinden, so daß ein Arbeiten in einer Inertgasatmosphäre nicht erforderlich ist. Vor dem Aufbringen der Metallschicht kann gegebenenfalls noch eine Grapitschicht aufgebracht werden.

Es ist auch bekannt (GB-PS 8 12 819) beim Herstellen von Werkstücken aus Titan oder Titanlegierungen durch Strangpressen bzw. Fließpressen als Schmiermittel Silber, Magnesium, Zink, Cadmium, Zinn oder Aluminium zu verwenden, wobei das Erzeugen der als Schmiermittel dienenden Schicht aus Metall durch Metallspritzen erfolgen kann. Beim Aufbringen von Aluminiumschichten wird Aluminium galvanisch niedergeschlagen bzw. werden die Rohteile in eine Aluminiumschmelze eingetaucht (Schmelztauchverfahren), wobei zuvor die Oberfläche der Rohteile in einem kaustischen Schmelzbad von Oxidschichten befreit wurden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen von Profilen aus Rohteilen aus Titan oder einer Titanlegierung durch Strangpressen bzw. Fließpressen bei dem die Oberfläche der Rohteile mechanisch gereinigt und anschließend eine Schicht aus

Kupfer aufgebracht wird, zu schaffen, daß ein Auf- (Ein-) reißen des Schmiermittelfilms aus Kupfer vermieden wird und daß die Rohteile vom Hersteller soweit vorbereitet sind, daß sie vom Verarbeiter ohne weitere vorbereitende Verfahrensschritte dem Strangpressen bzw. Fließpressen unterzogen werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Rohteile zunächst auf eine Temperatur zwischen 40°C und 100°C erwärmt werden, die Oberfläche der erwärmten Rohteile sandgestrahlt wird und die Kupferschicht durch Flammspritzen aufgebracht wird.

Nach dem Strangpressen bzw. Fließpressen wird das auf dem Werkstück befindliche Kupfer elektrolytisch entfernt.

Anstelle des Flammspritzens können auch die üblichen Verfahren zum Aufbringen von Metallschichten auf einem Substrat zu verstehen, wie zum Beispiel das Lichtbogendpritzen und Plasmaspritzen.

Es stellte sich heraus, daß unter den gegebenen Bedingungen das Flammspritzen zu sehr guten Resultaten führt.

Unter Rohteilen sind im Sinne der Erfindung vollzylindrische oder hohlzylindrische Materialabschnitte aus Titan oder Titanlegierungen zu verstehen.

Bei den vollen Materialabschnitten bilden die Zylinderfläche und die beiden Stirnflächen die mit Kupfer zu beschichtende Oberfläche, während bei hohlzylindrischen Materialabschnitten noch die Innenwandung einzubeziehen ist

Falls der Innendurchmesser im Vergleich zur Länge hinreichend groß ist, wird erfindungsgemäß auch der Innenmantel beschichtet, so daß wie ein voller Materialabschnitt der hohlzylindrische Materialabschnitt völlig von Kupfer umhüllt ist und somit gegen Sauerstoff und Stickstoff abgeschirmt ist.

Derartige, vollständig erfindungsgemäß mit Kupfer umhüllte Rohteile können beliebig lange gelagert werden.

Bei zu geringem Durchmesser der hohlzylindrischen Rohteile werden zum Strang- bzw. Fließpressen in an sich bekannter Weise Hülsen eingesetzt, falls durch Metallspritzen auf der Innen wandung die Herstellung einer zusammenhängenden Kupferschicht nicht möglich ist.

Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß es nicht an rotationssymmetrische Rohteile gebunden ist. Sie können zum Beispiel kubisch sein, wobei je nach den Bedingungen beim Strang- bzw. Fließpressen Kupferschichten aufgebracht werden können, die beispielsweise an den Kanten oder Ecken erheblich dicker sind.

Die erfindungsgemäße Lösung ist für den Fachmann völlig überraschend, da er nicht erwarten mußte, daß eine Kupferschicht nach dem Metalispritzverfahren ausreichend haftet.

So ist es Herstellung von haftfesten metallischen Überzügen auf Titan oder Titanverbindungen bekannt, zunächst eine Zwischenschicht aus Molybdän, Nickel oder Nickelaluminid auf der blanken Titanfläche bzw. blanken Fläche der Titanlegierung nach dem Spritzschweißverfahren aufzubringen, wobei es sich als unumgänglich erwiesen hat, z. B. vor dem Aufbringen der Molybdänschicht zunächst ein unterschnittenes Nutennetz auf der blanken Oberfläche herzustellen, um durch die hierdurch erzielte zusätzliche Verankerung eine ausreichende Haftfestigkeit zu erzielen (DE-AS 24 42 742).

Das erfindungsgemäße Verfahrern hat den großen Vorteil, daß das Kupfer auf den Werkstücken problemlos elektrolytisch entfernt werden kann.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zum Herstellen von Profilen aus Rohteilen aus Titan oder einer Titanlegierung durch Strangpressen bzw. Fließpressen bei dem die Oberfläche der Rohteile mechanisch gereinigt und anschließend eine Schicht aus Kupfer aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohteile zunächst auf eine Temperatur zwischen 40⁰C und 100⁰C erwärmt werden, die Oberfläche der erwärmten Rohteile sandgestrahlt wird und die Kupferschicht durch Flammspritzen aufgebracht wird.