DE3601707A1 - Process for the manufacture of bodies of high density and high tensile strength - Google Patents

Process for the manufacture of bodies of high density and high tensile strength

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Abstract

The process relates to the manufacture of preferably bar-shaped bodies from thin tungsten wires, which are coated and compacted to form high-strength compact bars. The bars have a high density and in particular a high tensile strength and can be used as bar penetrators.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Körpern hoher Dichte und hoher Zugfestigkeit, auf der Basis von Wolfram und die Verwendung dieser Körper als Stabpenetratoren in Stabgeschossen.The invention relates to a method for producing Bodies of high density and high tensile strength, based on from tungsten and the use of these bodies as rod penetrators on stick floors.

Zur Herstellung von Stabpenetratoren werden Körper benötigt, die eine Dichte von mehr als 16 g/cm3 und eine Zugfestigkeit von mehr als 1500 N/mm2 aufweisen.For the manufacture of rod penetrators, bodies are required which have a density of more than 16 g / cm 3 and a tensile strength of more than 1500 N / mm 2 .

Es wurden bereits Stäbe mit der geforderten Dichte durch Kombination von Wolframpartikeln mit Bindeschichten aus Eisen, Kobalt oder Nickel auf pulvermetallurgischem Wege hergestellt. Diese Stäbe zeigen aber eine Zugfestigkeit von höchstens 1200 N/mm2. Außerdem ist ihre Zähigkeit nicht ausreichend. Insbesondere beim Schrägaufprall zerbrechen diese Stabpenetratoren noch vor dem Eindringen in das Ziel und verlieren damit ihre Wirkung.Bars with the required density have already been produced by combining tungsten particles with binding layers made of iron, cobalt or nickel by powder metallurgy. However, these rods have a tensile strength of at most 1200 N / mm 2 . In addition, their toughness is not sufficient. Especially in the event of an oblique impact, these rod penetrators break before they enter the target and thus lose their effectiveness.

Aufgabe der Erfindung ist es, insbesondere stabförmige Körper herzustellen, welche die hohe Dichte des Wolframs aufweisen und gleichzeitig eine hohe Festigkeit zeigen.The object of the invention is, in particular rod-shaped body which have the high density of tungsten and show high strength at the same time.

Diese Aufgabe ist nach der Erfindung dadurch gelöst, daß aus Wolfram hergestellte dünne Formkörper mit Metallen oder Legierungen beschichtet werden, deren Schmelzpunkte niedriger sind als der des Wolframs, daß die beschichteten Formkörper anschließend durch Verformung und/oder Temperatureinwirkung zu einem kompakten Körper verdichtet werden. Vorteilhafte Ausführungsformen des Verfahrens sind in den Patentansprüchen 2 bis 17 beschrieben. Der Patentanspruch 18 betrifft die Verwendung der so hergestellten Körper in Stabgeschossen.This object is achieved according to the invention in that thin moldings made of tungsten with metals or Alloys are coated, their melting points lower are than that of tungsten that the coated molded body  then by deformation and / or exposure to temperature compacted into a compact body. Advantageous embodiments of the method are in the Claims 2 to 17 described. Claim 18 relates to the use of the body thus produced in Stick floors.

Durch das Verdichten von Bündeln aus beschichteten Drähten gelingt es, die hohe Zugfestigkeit der dünnen Wolframkörper auf insbesondere stabförmige Körper zu übertragen, und gleichzeitig die hohe Dichte des Wolframs beizubehalten. Ausser der hohen Temperaturbeständigkeit haben die verdichteten Stäbe auch eine gute Kerbschlagzähigkeit.By compacting bundles of coated wires manages the high tensile strength of the thin tungsten body to be transferred to rod-shaped bodies in particular, while maintaining the high density of tungsten. Except for the high temperature resistance the compacted bars also have good impact strength.

Die verdichteten Stäbe bestehen demzufolge aus hochfesten Wolframdrähten, die in einer Matrix aus einem niedriger schmelzenden Metall oder einer Legierung, z. B. aus Kupfer, Kobalt oder Nickel, eingebettet sind. Zweckmäßigerweise werden die hochfesten Drähte durch Schmieden, Rundhämmern und/oder Ziehen hergestellt.The compacted bars therefore consist of high-strength Tungsten wires in a matrix from a lower melting metal or an alloy, e.g. B. made of copper, Cobalt or nickel are embedded. Conveniently the high-strength wires are forged, round hammers and / or pulling made.

Um bei den zur Verdichtung benötigten Temperaturen einen Festigkeitsabfall der eingelagerten Wolframdrähte zu vermeiden, wird als Drahtmaterial Wolfram mit rekristallisationshemmenden Zusatz, z. B. 0,5 bis 2,0 Gew.% Thoriumoxid eingesetzt. Der Durchmesser der eingesetzten Wolframdrähte liegt vorzugsweise im Bereich von 0,1 bis 1 mm.To a at the temperatures required for compression To avoid a drop in the strength of the embedded tungsten wires, is used as wire material tungsten with recrystallization inhibiting Addition, e.g. B. 0.5 to 2.0% by weight of thorium oxide used. The diameter of the tungsten wires used is preferably in the range of 0.1 to 1 mm.

Zur Verbesserung der Haftung der aufzubringenden Metalle oder Legierungen auf die Oberfläche werden die Wolframdrähte beispielsweise auf galvanischem Wege mit einer vorzugsweise 1 bis 5 µm dicken haftvermittelnden Schicht, z. B. Palladium, versehen.To improve the adhesion of the metals to be applied or alloys on the surface are the tungsten wires  for example, preferably by galvanic means 1 to 5 µm thick adhesion-promoting layer, e.g. B. Palladium.

Bei den aufzubringenden Metallen kann es sich vorzugsweise um 5 bis 150 µm dicke Schichten aus Kupfer, Kobalt oder Nickel handeln, die ebenfalls galvanisch oder stromlos aufgebracht werden. Weiterhin erweist es sich als besonders vorteilhaft nach dem Aufbringen der Schichten ebenfalls auf galvanischem oder stromlosem Wege zusätzlich einen etwa 5 bis 50 µm starken Überzug aus einem niedrig schmelzenden Metall, z. B. Zink aufzubringen, das mit Kupfer, Nickel oder Kobalt fest und duktile Legierungen bildet.It can be preferred for the metals to be applied layers of copper, cobalt or 5 to 150 µm thick Act nickel, which is also applied galvanically or without current will. Furthermore, it turns out to be special also advantageous after applying the layers galvanic or de-energized additional one 5 to 50 µm thick coating from a low melting Metal, e.g. B. apply zinc with copper, nickel or cobalt solid and forms ductile alloys.

Der Zinkbelag schmilzt oberhalb von 420°C und legiert sich mit dem darunterliegenden Kupfer, Kobalt oder Nickel unter Bildung von mechanisch festen und duktilen Legierungen mit Schmelzpunkten von etwa 700 bis 900°C für Kupfer-Zink oder 900 bis 1100°C für Kobalt-Zink oder Nickel-Zink. Die derart vorbehandelten Wolframdrähte können dann unter Anwendung von Druck und Temperatur von etwa 500 bis 800°C zu dichten und festen stabförmigen Körpern verarbeitet werden, in denen die volle Festigkeit der gezogenen Wolframdrähte, die 3000 N/mm2 erreichen und übertreffen kann, zur Geltung kommt. Bei diesen Temperaturen verliert die haftvermittelnde Schicht, etwa das vorgeschlagene Palladium, noch nicht ihre Wirkung.The zinc coating melts above 420 ° C and alloys with the underlying copper, cobalt or nickel to form mechanically strong and ductile alloys with melting points of around 700 to 900 ° C for copper-zinc or 900 to 1100 ° C for cobalt-zinc or nickel-zinc. The pretreated tungsten wires can then be processed under pressure and temperature of about 500 to 800 ° C to dense and solid rod-shaped bodies, in which the full strength of the drawn tungsten wires, which can reach and exceed 3000 N / mm 2 , to advantage is coming. At these temperatures, the adhesion-promoting layer, such as the proposed palladium, does not lose its effect.

Zur Erreichung einer maximalen Festigkeit und Dichte wird die Stärke der auf den Wolframdrähten aufgebrachten Schichten so gewählt, daß diese nach der Verdichtung durch Pressen gerade zur Füllung der Zwischenräume der sich dann nahezu berührenden Wolframdrähte ausreichen.To achieve maximum strength and density the thickness of those deposited on the tungsten wires Layers chosen so that after compression by  Then just press to fill the spaces between yourself almost touching tungsten wires are sufficient.

Das Verdichten der beschichteten Wolframdrahtbündel zu festen Stäben kann durch kalt- oder heißisostatisches Pressen insbesondere bei Temperaturen von etwa 500 bis 800 C und einem Druck von etwa 0,5 bis 3 kbar erfolgen, aber auch durch Rundhämmern vorgenommen werden. Als optimal erweist es sich, das Einmanteln der Drahtbündel in einen Container z. B. aus Nickelblech, mit anschließendem Evakuieren und nachfolgendem heißisostatischen Pressen. Der resultierende Preßling kann dann auf das geforderte Endmaß rundgehämmert werden. Unter gewissen Voraussetzungen kann das Verdichten auch auf explosivem Wege erfolgen.The densification of the coated tungsten wire bundles solid bars can be cold or hot isostatic Pressing in particular at temperatures from about 500 to 800 C and a pressure of about 0.5 to 3 kbar, but can also be done by round hammers. As optimal it turns out to be sheathing the wire bundle in a container e.g. B. made of nickel sheet, with subsequent Evacuate and subsequent hot isostatic pressing. The resulting compact can then be cut to the required size Gauge blocks are hammered round. Under certain conditions compression can also take place in an explosive manner.

Alternativ können die verdichteten Stäbe auch in Stufen hergestellt werden, wodurch eine weitere Festigkeitssteigerung erzielt wird. Dies betrifft insbesondere stabförmige Körper im Durchmesserbereich von Zentimetern. Hierbei werden zuerst in einer Zwischenstufe dünne, stabförmige Körper mit einem Durchmesser im Bereich von Millimetern hergestellt. Zur Fertigung dieser dünnen, stabförmigen Körper werden Bündel von beschichteten Wolframdrähten unter einer Zugspannung von etwa 500 bis 1500 N/mm2 gestreckt und kontinuierlich in einem Durchlaufofen bei Temperaturen von 400 bis 800°C unter Schutzgas aufgeheizt und dann insbesondere durch eine Sechskantdüse gezogen, wodurch sie zu dünnen, dichten und festen stabförmigen Körpern mit sechseckigem Querschnitt zusammengepreßt werden. Diese stabförmigen Körper werden anschließend mit einer weiteren dünnen Schicht aus Kupfer, Kobalt oder Nickel und vorteilhafterweise auch mit einer weiteren Zinkschicht belegt, dann gebündelt, eingemantelt, isostatisch heißgepreßt und anschließend auf Endmaß rundgehämmert.Alternatively, the compacted bars can also be produced in stages, whereby a further increase in strength is achieved. This applies in particular to rod-shaped bodies in the diameter range of centimeters. First, thin, rod-shaped bodies with a diameter in the range of millimeters are produced in an intermediate stage. To manufacture these thin, rod-shaped bodies, bundles of coated tungsten wires are stretched under a tensile stress of approximately 500 to 1500 N / mm 2 and continuously heated in a continuous furnace at temperatures of 400 to 800 ° C under a protective gas and then in particular pulled through a hexagonal nozzle, whereby they are compressed into thin, dense and solid rod-shaped bodies with a hexagonal cross section. These rod-shaped bodies are then coated with a further thin layer of copper, cobalt or nickel and advantageously also with a further zinc layer, then bundled, encased, hot-pressed isostatically and then hammered to the final dimension.

Bei der Herstellung von Stabpenetratoren erweist es sich als vorteilhaft, zum Einmanteln einen dünnwandigen Hohlzylinder aus einem hochfesten Material, wie z. B. Stahl oder Edelstahl vorzusehen, der mit einer haftfördernden Innenschicht, wie z. B. Kupfer, Kobalt oder Nickel versehen wird. Dieser Hohlzylinder bleibt nach dem heißisostatischen Pressen und - falls erforderlich - nach dem Rundhämmern auf Endmaß als ein Schutzmantel erhalten. Er kann dann feingedreht und auch mit einem Gewinde versehen werden, ohne dabei die Wolframdrähte zu zerschneiden.It turns out in the manufacture of rod penetrators as advantageous to coat a thin-walled hollow cylinder made of a high-strength material such as B. steel or stainless steel to be provided with an adhesive Inner layer, such as B. copper, cobalt or nickel becomes. This hollow cylinder remains after the hot isostatic Pressing and - if necessary - after Circular hammers obtained to a final dimension as a protective jacket. He can then be finely turned and also threaded without cutting the tungsten wires.

Der Boden des verbleibenden Hohlzylinders eignet sich darüber hinaus gut zum Aufbringen einer Hartmetallspitze, beispielsweise durch Hartlöten. Diese Hartmetallspitze bewirkt eine hohe Durchschlagleistung des Stabpenetrators.The bottom of the remaining hollow cylinder is suitable also good for applying a hard metal tip, for example by brazing. This carbide tip causes a high penetration rate of the rod penetrator.

Claims (18)

1. Verfahren zur Herstellung von Körpern hoher Dichte und hoher Zugfestigkeit auf der Basis von Wolfram, dadurch gekennzeichnet, daß aus Wolfram hergestellte dünne Formkörper mit Metallen oder Legierungen beschichtet werden, deren Schmelzpunkte niedriger sind, als der des Wolframs, daß die beschichteten Formkörper anschließend durch Verformung und/oder Temperatureinwirkung zu einem kompakten Körper verdichtet werden.1. A process for the production of bodies of high density and high tensile strength based on tungsten, characterized in that thin shaped bodies made of tungsten are coated with metals or alloys whose melting points are lower than that of tungsten, that the coated shaped bodies subsequently by Deformation and / or temperature effects to be compacted into a compact body. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus Wolfram Drähte hergestellt, diese nach der Beschichtung gebündelt und anschließend zu Stäben verdichtet werden.2. The method according to claim 1, characterized in that made of tungsten wire, this after coating bundled and then compressed into bars. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drähte parallel orientiert und vorzugsweise in gerade verlaufender Form gebündelt werden.3. The method according to claim 1, characterized in that the wires oriented parallel and preferably in  straight form can be bundled. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Drähte aus Wolfram mit rekristallisationshemmenden Zusätzen, vorzugsweise mit 0,5 bis 2,0 Gew.-% Thoriumoxid, hergestellt werden.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized characterized in that the wires made of tungsten with recrystallization Additives, preferably 0.5 to 2.0% by weight of thorium oxide. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Drähte einen Durchmesser von 0,1 bis 1 mm aufweisen.5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the wires have a diameter of 0.1 have up to 1 mm. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Drähte vor der Beschichtung mit Metallen oder Legierungen mit einer haftvermittelnden Schicht, vorzugsweise aus Palladium, versehen werden.6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that that the wires with before coating Metals or alloys with an adhesion promoter Layer, preferably made of palladium. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die haftvermittelnde Schicht in einer Dicke von 0,05 bis 5 µm aufgebracht wird.7. The method according to claim 6, characterized in that the adhesion-promoting layer in a thickness of 0.05 to 5 µm is applied. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Drähte stromlos oder galvanisch gleichmäßig mit Kupfer, Kobalt oder Nickel in einer Dicke von vorzugsweise 5 bis 150 µm beschichtet werden.8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the wires are de-energized or galvanically evenly with copper, cobalt or nickel in a thickness of preferably 5 to 150 microns are coated. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Drähte mit mehreren aufeinander liegenden Schichten aus verschiedenen Metallen oder Legierungen versehen werden.9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the wires with several on top of each other lying layers of different metals or Alloys are provided. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die beschichteten Drähte zusätzlich mit einer vorzugsweise 5 bis 50 µm dicken Schicht aus einem niedrig schmelzenden Metall, vorzugsweise Zink, versehen werden.10. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized in  that the coated wires are additional with a preferably 5 to 50 microns thick layer a low-melting metal, preferably zinc, be provided. 11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die beschichteten und gebündelten Drähte durch kalt- oder heißisostatisches Pressen, Rundhämmern oder Ziehen zu Stäben verdichtet werden.11. The method according to any one of claims 1 to 10, characterized in that that the coated and bundled wires by cold or hot isostatic pressing, round hammers or pulling into bars. 12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die beschichteten und gebündelten Drähte auf explosivem Wege zu Stäben verdichtet werden.12. The method according to any one of claims 1 to 10, characterized in that that the coated and bundled wires be compressed into bars in an explosive manner. 13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die beschichteten Drähte in einer Zwischenstufe zu einem Bündel mit einem Durchmesser von 0,5 bis 5 mm, vorzugsweise 1 bis 2 mm, zu dünnen, stabförmigen Körper verarbeitet werden und anschließend aus diesen Körpern größere stabförmige Körper mit einem Durchmesser im Zentimeterbereich hergestellt werden.13. The method according to any one of claims 1 to 12, characterized in that the coated wires in one Intermediate to a bundle with a diameter of 0.5 to 5 mm, preferably 1 to 2 mm, to thin, rod-shaped Bodies are processed and then made these bodies larger rod-shaped bodies with a Diameters in the centimeter range can be produced. 14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die beschichteten und gebündelten Drähte mit einem Durchmesser im Millimeterbereich unter Schutzgas bei Temperaturen von 400 bis 800°C in einer vorzugsweise sechskantförmigen Ziehdüse zu festen, dünnen Stäben verpreßt werden.14. The method according to claim 13, characterized in that the coated and bundled wires with a diameter in the millimeter range under protective gas at temperatures from 400 to 800 ° C in a preferably hexagonal Drawing nozzle pressed into firm, thin rods will. 15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß die verpreßten Stäbe mit einer zusätzlichen Schicht aus Kupfer, Kobalt oder Nickel sowie gegebenenfalls mit einer zusätzlichen Schicht aus Zink versehen, gebündelt, eingemantelt, heißisostatisch gepreßt und auf Endmaß rundgehämmert werden.15. The method according to any one of claims 11 and 12, characterized  characterized in that the pressed bars with an additional Layer of copper, cobalt or nickel as well optionally with an additional layer of zinc provided, bundled, encased, hot isostatically pressed and hammered to size. 16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß zum Einmanteln ein dünnwandiger Hohlzylinder aus einem festen Material, vorzugsweise Stahl oder Edelstahl, verwendet wird, der vorzugsweise mit einer Innenbeschichtung zur besseren Haftung auf dem Stab versehen wird.16. The method according to claim 15, characterized in that to coat a thin-walled hollow cylinder from one solid material, preferably steel or stainless steel is preferably with an inner coating provided for better adhesion on the stick becomes. 17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des verdichteten Stabs oder die Oberfläche des zum Einmanteln verwendeten Hohlzylinders durch Feindrehen bearbeitet wird oder mit einem Gewinde versehen wird.17. The method according to any one of claims 1 to 16, characterized in that that the surface of the compacted rod or the surface of the hollow cylinder used for jacketing machined by turning or with a Thread is provided. 18. Verwendung der nach einem der Ansprüche 1 bis 17 hergestellten Körper als Stabpenetratoren in Stabgeschossen.18. Use of the produced according to one of claims 1 to 17 Bodies as rod penetrators in rod floors.
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