DE3904494C1

DE3904494C1 -

Info

Publication number: DE3904494C1
Application number: DE3904494A
Authority: DE
Inventors: Fehmi Dr. 6239 Kriftel De Nilmen; Heinrich Dr. 6236 Eschborn De Winter; Horst D. 3565 Breidenbach De Klees
Original assignee: Battelle Institut eV
Current assignee: Schunk Sintermetalltechnik GmbH
Priority date: 1989-02-15
Filing date: 1989-02-15
Publication date: 1989-12-14
Also published as: KR900012711A; KR930001335B1; FI900744A0; CA2008371A1; EP0387491A3; EP0387491A2; JPH02263938A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Her stellen von dispersionsverfestigten Kupferformteilen sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The present invention relates to a method for manufacturing places of dispersion-strengthened copper moldings as well a device for performing the method.

Dispersionsverfestigte Werkstoffe auf der Basis von Kupfer sind von großem technischen Interesse für Anwendungen, bei denen die Kombination der Eigenschaften einer hohen Warmfe stigkeit und hoher elektrischer Leitfähigkeit bzw. Wärme leitfähigkeit erforderlich ist, wie z. B. im Bereich der Elektrotechnik und der Schweiß- und Kfz.-Motortechnik. Den noch haben diese Werkstoffe in der Praxis bis heute keine nennenswerte Bedeutung erlangt. Die Gründe hierfür liegen hauptsächlich darin, daß die für diese Werkstoffe üblicher weise angewandten pulvermetallurgischen Fertigungsverfahren nicht rationell genug sind. So führt beispielsweise die Herstellung des oxiddispersionsverfestigten Werkstoffs Cu-Al₂O₃ nach der Methode der inneren Oxidation zu einem Halbzeug, das aufgrund seiner geringen Duktilität nur spanabhebend zu Formteilen weiterverarbeitet werden kann. Bei dieser Arbeitsweise geht jedoch der eigentliche wirt schaftliche Vorteil der pulvermetallurgischen Fertigung der endformnahen Produktion ohne infolgedessen größeren Materi alverlust verloren.Dispersion-strengthened materials based on copper are of great technical interest for applications in which the combination of the properties of a high heat stability and high electrical conductivity or heat conductivity is required, such as. B. in the field of Electrical engineering and welding and automotive engine technology. Den these materials still have none in practice achieved significant importance. The reasons for this are mainly in that the more common for these materials wise applied powder metallurgical manufacturing processes are not rational enough. For example, the Production of the oxide dispersion strengthened material Cu-Al₂O₃ by the method of internal oxidation to one Semi-finished product, which due to its low ductility only can be further machined into molded parts. In this way of working, however, the real host goes economic advantage of the powder metallurgical production of Production close to the final shape without consequently larger material lost all lost.

Rationellere Fertigungsverfahren wie z. B. der Formguß sind bis jetzt im Zusammenhang mit dispersionsverfestigten Kup ferwerkstoffen nicht bekannt geworden. Dies ist darauf zu rückzuführen, daß es nicht gelingt, die Dispersoide wie Al₂O₃ und BeO in einer Kupferschmelze unter Vermeidung von Schwereseigerung gleichmäßig zu suspendieren. Auch Versu che, die Schwereseigerung in der Kupferschmelze durch eine Ultraschalleinwirkung zu begrenzen, blieben stets ohne greifbares Ergebnis.More rational manufacturing processes such as B. are the cast until now in connection with dispersion-strengthened copper fer materials have not become known. This is toward it to be attributed that it is not possible to use the dispersoids like Al₂O₃ and BeO in a copper melt while avoiding Suspend gravity evenly. Versu too che, the increase in gravity in the copper melt by a Limiting the effects of ultrasound was always without tangible result.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein rationelles Verfahren zum Herstellen von dispersionsverfe stigten Kupferformteilen auf dem Schmelzweg sowie eine Vor richtung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben.The present invention is based on the object rational process for the production of dispersion verfe copper moldings on the melting path and a pre to indicate direction for performing the method.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der Patentansprüche 1 und 13 gelöst.This object is the subject of the claims 1 and 13 solved.

Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet die rationelle Fertigung von Formteilen oder endformnahen Teilen mit folg lich geringem Materialverlust auf dem Schmelzweg. Die her gestellten Teile weisen ferner gute Materialeigenschaften auf, denn das Problem der Schwereseigerung kann zufrieden stellend bewältigt werden.The method according to the invention allows rational Manufacture of molded parts or near-net shape parts with the following Lich little material loss on the melting path. The ago parts also have good material properties on, because the problem of gravity can be satisfied be coped with.

Die Erfinder gingen von der Überlegung aus, daß sich eine gleichmäßige Verteilung feiner Dispersoide in einer schmelzflüssigen Metallmatrix am einfachsten realisieren läßt, wenn die disperse Phase über Fällungsreaktionen in-situ in der Schmelze erzeugt werden kann. Voraussetzung hierfür ist jedoch, daß die Dispersoidkeimbildung homogen abläuft und der kritische Keimradius gering bleibt. Es wurde gefunden, daß dies für die im Anspruch 1 angegebenen übersättigten Stoffsysteme der Fall ist, wobei Untersuchun gen an Cu-Al-B, Cu-Ti-B, Cu-Zr-B, Cu-Hf-B, Cu-V-B, Cu-Nb-B und Cu-Cr-B - Schmelzen zeigten, daß die genannten Voraus setzungen in den Systemen Cu-AlB₂, Cu-TiB₂, Cu-ZrB₂, Cu-HfB₂, Cu-VB₂, Cu-NbB₂ und Cu-CrB₂ in besonders hohem Maße erfüllt werden. Aufgrund ihres sehr kleinen Löslich keitsprodukts im schmelzflüssigen Kupfer und ihrer sehr ho hen Schmelztemperatur scheiden sich die intermediären Ver bindungen AlB₂, TiB₂, ZrB₂, HfB₂, VB₂, NbB₂ und CrB₂ aus einer Kupferschmelze stets mit homogener Keimbildung und sehr geringen kritischen Keimradien aus, wobei vielfältige Dispersoidformen wie stäbchen-, faserförmige und eckige Di spersoide entstehen können.The inventors assumed that a even distribution of fine dispersoids in one easiest to realize molten metal matrix leaves when the disperse phase via precipitation reactions can be generated in-situ in the melt. requirement this is, however, that dispersoid nucleation is homogeneous expires and the critical germ radius remains small. It it was found that this for the specified in claim 1 supersaturated substance systems is the case, with investigation to Cu-Al-B, Cu-Ti-B, Cu-Zr-B, Cu-Hf-B, Cu-V-B, Cu-Nb-B and Cu-Cr-B - melting showed that the above advance settlement in the systems Cu-AlB₂, Cu-TiB₂, Cu-ZrB₂, Cu-HfB₂, Cu-VB₂, Cu-NbB₂ and Cu-CrB₂ in particularly high Dimensions are met. Because of their very small solubility product in molten copper and its very high hen melting temperature, the intermediate Ver AlB₂, TiB₂, ZrB₂, HfB₂, VB₂, NbB₂ and CrB₂ bonds a copper melt always with homogeneous nucleation and very small critical germ radii, with diverse Dispersoid shapes such as rod-shaped, fibrous and angular Di spersoid can arise.

Die Bildung der stabilen Dispersoiddispersion konnte in ei nem weiten Sättigungsbereich der angegebenen Elementzusätze festgestellt werden. Durch die niedrige Schmelztemperatur und eine verhältnismäßig hohe gewählte Übersättigung kann die Schwereseigerung über längere Zeit hinausgezögert wer den. Die Neigung zur Schwereseigerung ist bei den im An spruch 4 angegebenen Elementen aufgrund des geringen Dichteunterschiedes der gebildeten Boride zu Kupfer (im Fall des HfB₂ liegt kein wesentlicher Unterschied vor) bereits gering, da die Boride mehr oder weniger in der Schmelze schweben.The formation of the stable dispersoid dispersion could in ei nem wide saturation range of the specified element additions be determined. Due to the low melting temperature and a relatively high selected supersaturation can gravity delayed for a long time the. The tendency to increase gravity is in the in the pronounced 4 elements due to the low Difference in density of the borides formed to copper (in In the case of HfB₂ there is no significant difference) already low because the borides are more or less in the melt hover.

Da die Dispersoide in der Schmelze nicht agglomerieren und sich kaum vergröbern, bietet sich prinzipiell die Weiter verarbeitung der Schmelzen durch Vergießen zu Formteilen an. Dies kann aber aufgrund des geringen Fließvermögens der Schmelzen, das mit der durch die starke Übersättigung und geringe Überhitzung bedingten hohen Viskosität zusammen hängt, nicht nach einem der üblichen Gießverfahren erfol gen.Because the dispersoids do not agglomerate in the melt and there is hardly any coarsening, in principle there is the further processing of the melts by casting into molded parts at. However, this can be due to the low fluidity of the Melt that with the strong supersaturation and low overheating combined high viscosity depends, not after one of the usual casting processes gene.

Erfindungsgemäß wird dies durch das Formen der Schmelzen zwischen einem Stempel und einer Preßmatrize gelöst, wobei eine guter Formfüllungsgrad erzielt wird. Die benötigte Vorrichtung ist einfach ausführbar und mit dem Formen durch den Stempel kann die Schmelze gleichzeitig zur Erstarrung gebracht werden. Die erstarrten Teile haben zumindest be reits die endformnahe Gestalt und können in beliebiger Weise nachbearbeitet werden oder als Vormaterial für Halbzeugprodukte genutzt werden.According to the invention, this is achieved by shaping the melts solved between a stamp and a die, where a good degree of mold filling is achieved. The needed The device is easy to carry out and can be molded the melt can simultaneously stamp the stamp to be brought. The solidified parts have at least ride the near-net shape and can be in any Way to be reworked or as primary material for Semi-finished products are used.

Die erfindungsgemäße Verarbeitung der Schmelze ist leicht steuerbar und kann ohne weiteres automatisiert werden, wozu sich die im Anspruch 14 angegebene Anordnung eignet. Processing the melt according to the invention is easy controllable and can be automated easily, for what the arrangement indicated in claim 14 is suitable.

Faßt man die Vorteile der verwendeten Schmelzenzusammenset zung mit denen der Verarbeitung der Schmelze zu Formteilen zusammen, so ergeben sich die Vorteile einer hohen Produk tivität, einer hohen Gefügequalität, Formgenauigkeit und Oberflächengüte bei optimaler Materialausnutzung und fle xibler Fertigung.To sum up the advantages of the melt composition used tion with the processing of the melt into molded parts together, there are the advantages of a high product tivity, high structure quality, dimensional accuracy and Surface quality with optimal material utilization and fle xibler manufacturing.

Qualitativ hochwertige Kupferformteile ergaben sich bei Verwendung von Werkstoffen wie Warmarbeitsstählen und Werk stoffen auf der Basis von Molybdän, Wolfram oder aus Hart metall für die Preßmatrize und den Stempel.High quality molded copper parts resulted in Use of materials such as hot-work steel and plant substances based on molybdenum, tungsten or hard metal for the press die and the stamp.

Mit einem Preßdruck zwischen 5 bar und 70 bar kann eine be sonders feinkörnige Erstarrung der Kupfermatrix gewährlei stet werden. Ein geringer stöchiometrischer Überschuß an boridbildenden Elementen erbringt einen zusätzlichen Aus härtungseffekt.With a pressure between 5 bar and 70 bar, a guarantee particularly fine-grained solidification of the copper matrix be steady. A small stoichiometric excess Boride-forming elements provide an additional benefit hardening effect.

Bei vielen Anwendungen empfehlen sich die Dosierung der Schmelze bzw. die Vorgabe des Schmelzguts in der Preßform in Form eines Pulverpreßlings entsprechender Zusammenset zung. So können insbesondere Formteile geringer Abmessungen hergestellt werden oder auch auf eine zusätzliche Schmelz vorrichtung verzichtet werden, wobei das Schmelzen, Formen und Erstarren in einem Formblock ausführbar sind.In many applications, the dosage of Melt or the specification of the melting material in the mold in the form of a powder compact corresponding set tongue. In particular, molded parts of small dimensions be produced or on an additional enamel device to be dispensed, the melting, molding and solidification can be carried out in a mold block.

Erfindungsgemäß können unterschiedlichste Formteile, wie sie im Anspruch 11 angegeben sind, rationell hergestellt werden, wobei auch die Möglichkeit des Einsatzes von Gold oder Silber anstelle von Kupfer besteht. According to the invention, a wide variety of molded parts, such as they are specified in claim 11, rationally produced be, including the possibility of using gold or silver instead of copper.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen nä her erläutert. Es zeigtIn the following the invention is based on the drawings ago explained. It shows

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel zur Erläuterung der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens mit dessen einzelnen Verfahrensschritten, Fig. 1 shows a first embodiment for explaining the apparatus and method of the invention with the individual process steps,

Fig. 2 eine vorteilhafte Weiterbildung der anhand Fig. 1 erläuterten Vorrichtung zur Automatisierung des erfindungs gemäßen Verfahrens, Fig. 2 shows an advantageous further development of the explained with reference to Fig. 1 apparatus for automation of the process according proper,

Fig. 3 drei Ausführungsbeispiele für eine in Fig. 2 ge zeigte Chargiervorrichtung, Fig. 3, three exemplary embodiments of a ge in Fig. 2 showed charging apparatus,

Fig. 4 ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsge mäßen Vorrichtung bzw. des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem die Schmelze in der Preßmatrize erzeugt wird, und Fig. 4 shows a second embodiment of the device according to the invention and the method according to the invention, in which the melt is generated in the press die, and

Fig. 5A ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsge mäßen Vorrichtung zur Herstellung von Rohren und Fig. 5B ein gemäß Fig. 5A hergestelltes Rohrstück. Fig. 5A shows another embodiment of the device according to the invention for the production of pipes and Fig. 5B a pipe section manufactured according to Fig. 5A.

In sämtlichen anhand der Fig. 1 bis 5 im folgenden er läuterten Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Ver fahrens bzw. der Vorrichtung zu dessen Durchführung werden als Schmelzen Kupferschmelzen, die mit Bor oder boridbil denden Elemente der Gruppen IVA, VA und VIA des Periodensy stems und/oder Aluminium übersättigt sind, verwendet. Als Schmelzensysteme werden z. B. ein oder mehrere Systeme der Zusammensetzungen Cu-AlB₂, Cu-TiB₂, Cu-ZrB₂, Cu-HfB₂, Cu-VB₂, Cu-NbB₂ oder Cu-CrB₂ verwendet. Die Übersättigung der Schmelzen, d. h. des zu schmelzenden Guts an Bor bzw. den boridbildenden Elementen oder Aluminium wird so angesetzt, daß sich in der mit maximal 300° C überhitzten Schmelze schlagartig eine homogene Boriddispersion bildet. In all with reference to FIGS . 1 to 5 in the following he explained exemplary embodiments of the method according to the invention and the device for carrying it out, as copper melts, the stems containing boron or boride-forming elements of groups IVA, VA and VIA of Periodensy and / or Aluminum are supersaturated. As melt systems z. B. one or more systems of the compositions Cu-AlB₂, Cu-TiB₂, Cu-ZrB₂, Cu-HfB₂, Cu-VB₂, Cu-NbB₂ or Cu-CrB₂ used. The supersaturation of the melts, ie the material to be melted on boron or the boride-forming elements or aluminum, is set up in such a way that a homogeneous boride dispersion suddenly forms in the melt, which is overheated at a maximum of 300 ° C.

Eine stabile, homogene Boriddispersion vielfältiger Dispersoidformen mit stäbchen-, faserförmigen oder auch eckigen Dispersoiden, die mit homogener Keimbildung und sehr geringen kritischen Keimradien entstehen, kann sich in weiten Übersättigungsgrenzen ausbilden. So kann die Übersättigung an stöchiometrischen Zusätzen der genannten Art so gewählt werden, daß sich zwischen 1 Vol.% bis zu 35 Vol.% an in der Kupfermatrix eingelagerter Boriddispersion ergibt.A stable, homogeneous boride dispersion more diverse Dispersoid forms with rod-shaped, fibrous or also angular dispersoids with homogeneous nucleation and very small critical germ radii can arise train in wide supersaturation limits. So it can Supersaturation of stoichiometric additions to the above Kind be chosen so that between 1 vol.% Up to 35 vol.% Of stored in the copper matrix Boride dispersion results.

Ferner wird zur weiteren Steigerung der Festigkeit der Formteile vorzugsweise mit einem geringen Überschußanteil an boridbildenden Elementen über die für die Bildung der Boride erforderliche stöchiometrische Zusammensetzung hin aus gearbeitet, wobei dieser Überschußanteil bis zu 1,5 Gew.% betragen kann.Furthermore, to further increase the strength of the Moldings preferably with a small excess proportion on boride-forming elements for the formation of the Borides required stoichiometric composition worked out, this excess share up to 1.5% by weight.

Vorzugsweise werden die oben aufgeführten boridbildenden Elemente und/oder Aluminium so zugesetzt, daß sich Boride von 2 Vol.% bis 14 Vol.% in der Schmelze bilden.Preferably those listed above are boride-forming Elements and / or aluminum added so that borides form from 2% by volume to 14% by volume in the melt.

Die Kupferschmelzen mit den aufgeführten boridbildenden Elementen werden ferner vorzugsweise bei Überhitzung der Schmelze zwischen 50° C und 150° C geschmolzen.The copper melts with the listed boride-forming Elements are also preferably in the event of overheating Melt melted between 50 ° C and 150 ° C.

Neben Schmelzen mit Kupfer können auch solche mit den Me tallen Silber und Gold verwendet werden, wobei sich im Ver halten von Gold und Silber in diesen Schmelzen gegenüber Boriden insbesondere des Titans und Zirkoniums überra schende Übereinstimmungen von Gold und Silber mit Kupfer ergeben.In addition to melting with copper, those with the Me tallen silver and gold are used, whereby ver hold against gold and silver in these melts Borides especially of titanium and zirconium gold and silver match copper surrender.

Im in der Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 1a der Schmelzvorgang zur Erzeugung der oben er läuterten Schmelzen schematisch skizziert. Hierbei befindet sich das Schmelzgut in einem mit einer Induktionsspule um gebenen Tiegel mit Lochstein 2, dessen untere Austrittsöffnung mit einer Stopfenstange 1 verschlossen ist. Beim Schmelzvorgang im oben angegebenen Temperaturbereich reagiert das Bor mit den boridbildenden Elementen in der Schmelze, die an Bor und diesen Elementen übersättigt ist, zu intermediären Ver bindungen und es kommt zur gewünschten schlagartigen Dis persoidbildung in der Schmelze.In the embodiment of the invention shown in FIG. 1, the melting process for producing the above-described melts is schematically outlined in FIG. 1a. Here, the melting material is in a crucible with perforated brick 2 with an induction coil, the lower outlet opening of which is closed with a stopper rod 1 . During the melting process in the temperature range specified above, the boron reacts with the boride-forming elements in the melt, which is supersaturated with boron and these elements, to form intermediate compounds and the desired sudden dispersoid formation in the melt occurs.

Im in Fig. 1b angedeuteten Gießarbeitsschritt ist die Stop fenstange 1 nach oben angehoben worden, wobei bis zum Ab senken der Stopfenstange in die Austrittsöffnung hinein eine dosierte Menge an Schmelze in eine als Preßmatrize 3 vorgesehene und unterhalb des Lochsteins angeordnete Gieß form einläuft. Die Preßmatrize weist in ihrem Boden einen im Ausführungsbeispiel in Form eines Ausstoßstempels ausge bildeten, in vertikaler Richtung bewegbaren Auswerfer 6 auf, der beim Gießen den Boden der Preßmatrize 3 ver schließt. Im Ausführungsbeispiel ist die Preßmatrize hohlzylindrisch ausgebildet. Daneben sind jedoch je nach herzustellendem Formteil die unterschiedlichsten Hohlformen denkbar.In the casting work step indicated in Fig. 1b, the stop fen rod 1 has been raised upwards, with a metered amount of melt running into a mold provided as a press die 3 and arranged below the perforated stone until the stopper rod is lowered into the outlet opening. The press die has in its bottom a formed in the embodiment in the form of an ejection die, movable in the vertical direction ejector 6 , which closes the bottom of the press die 3 ver during casting. In the exemplary embodiment, the press die is hollow-cylindrical. In addition, however, the most varied of hollow shapes are conceivable, depending on the molded part to be produced.

Im in Fig. 1c skizzierten Schritt des Schmelzpressens wird ein Stempel 4 von oben in die mit der Schmelze befüllte Preßmatrize 3 abgesenkt und hierzu mit einem Druck von etwa 5 bar bis 70 bar beaufschlagt, so daß die dispersoidhaltige Schmelze unter Preßdruck zu einem Formteil 5 geformt wird. Das Formteil 5 wird mit in der Schmelztechnik üblichen Maß nahmen, z. B. mit Unterstützung der an sich raschen Erstar rung durch Wasserkühlung, zur Erstarrung gebracht und im in Fig. 1d angedeuteten Arbeitsschritt nach Abheben des Stem pels 4 durch Aufwärtsbewegung des Auswerfers 6 aus der Preßmatrize 3 ausgeworfen.In Fig . 1c outlined step of the melt pressing, a punch 4 is lowered from above into the press die 3 filled with the melt and this is pressurized with a pressure of about 5 bar to 70 bar, so that the dispersoid-containing melt is formed into a molded part 5 under the pressure. The molded part 5 is taken with the usual measure in melting technology, for. B. with the support of the rapid solidification by water cooling, brought to solidification and ejected in the work step indicated in FIG. 1d after lifting the stem 4 by upward movement of the ejector 6 from the die 3 .

Als Material für den Stempel und die Preßmatrize sollten Warmarbeitsstähle und vorzugsweise pulvermetallurgisch her gestellte Werkstoffe auf der Basis von Molybdän oder Wolf ram oder Werkstoffe aus Hartmetall verwendet werden. As material for the stamp and the press die should Hot work steels and preferably powder metallurgy provided materials based on molybdenum or wolf ram or hard metal materials are used.

Zur Automatisierung des in Fig. 1 skizzierten Fertigungsvor gangs können die Formen oder Matrizen auch in einem Karus sell angeordnet werden, das die Formen aufnimmt, um diese schrittweise unter einer vorzugsweise feststehenden Dosier einrichtung mit Schmelze zu füllen und anschließend unter einer vorzugsweise ebenfalls feststehenden Anordnung mit Stempel zu Formteilen zu verpressen. Die Fig. 2 zeigt in schematischer Weise eine entsprechende Karussellanordnung, die eine feststehende, über dem Karussell angeordnete Chargier vorrichtung 8 aufweist und auf einer rotierenden Achse 9 drehbar gehaltert ist. Im Karussel sind Formblöcke 10 auf genommen, in die mit Hilfe der Chargiervorrichtung 8 eine exakt dosierte Schmelzmenge 11 eingefüllt wird, wenn zuvor ein leerer Formblock über die Drehung des Karussells heran geführt worden ist und sich unterhalb der Chargiervorrich tung 8 befindet. Diese kann z. B. der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung mit Lochstein und Stopfenstange entsprechen.To automate the manufacturing process outlined in FIG. 1, the molds or dies can also be arranged in a carousel that accommodates the molds in order to fill them with melt step by step under a preferably fixed metering device and then under a preferably likewise fixed arrangement Pressing stamps into molded parts. Fig. 2 shows schematically a corresponding carousel arrangement which has a fixed charging device 8 arranged above the carousel and is rotatably supported on a rotating axis 9 . In the carousel, mold blocks 10 are added, into which a precisely metered amount of melt 11 is filled with the help of the charging device 8 , if an empty mold block has previously been brought up via the rotation of the carousel and is located below the charging device 8 . This can e.g. B. correspond to the device shown in Fig. 1 with perforated brick and plug rod.

Sobald die genau bemessene Schmelzmenge eingefüllt worden ist, wird der gefüllte Formblock 10 über eine entsprechende Drehung des Karussells unter die ebenfalls feststehende An ordnung mit Stempel 4 geführt. Der Stempel wird daraufhin wie bei Fig. 1c in die Schmelze 11 eingepreßt, wobei diese in den Zwischenraum von Form und Stempel unter Ausbildung eines rasch erstarrenden Hohlkörpers aufsteigt, der nach dem Erstarren und Herausziehen des Stempels 4 als Formteil 5 entnommen wird. Als feststehende, unterhalb des Karussells und der Anordnung mit Stempel vorgesehene Ausstoßvorrich tung dienen ein Ausstoßstempel 6 und ein darunter angeord neter Ausstoßnocken 7. Nach Ausstoßen des Formteils wird der nun leere Formblock 10 wieder unter die Chargiervor richtung geführt und der Fertigungszyklus beginnt erneut. Durch Aufnahme mehrerer Formblöcke im Karussell können somit gleichzeitig zwei Arbeitgänge erfolgen. Es können wahlweise auch mehrere Chargiervorrichtungen, Stempelanordnungen und Ausstoßvorrichtungen jeweils feststehend unter bestimmten Winkelabständen bezüglich des Karussells vorgesehen werden.As soon as the precisely measured amount of melt has been poured in, the filled mold block 10 is guided by a corresponding rotation of the carousel under the likewise fixed arrangement 4 with stamp. The stamp is then pressed into the melt 11 as in FIG. 1c, which rises into the space between the mold and the stamp to form a rapidly solidifying hollow body which is removed as the molded part 5 after the stamp 4 has solidified and pulled out. As a fixed, provided below the carousel and the arrangement with a stamp ejection device serve an ejection stamp 6 and an ejection cam 7 arranged below it. After ejecting the molded part, the now empty mold block 10 is again guided under the Chargiervor direction and the manufacturing cycle begins again. By incorporating several mold blocks in the carousel, two operations can be carried out simultaneously. A plurality of charging devices, stamp arrangements and ejection devices can also be provided in each case in a fixed manner at certain angular distances with respect to the carousel.

Als Chargiervorrichtungen eignen sich beispielsweise die in den Fig. 3a bis 3c gezeigten Chargiervorrichtungen 8 a, 8 b, 8 c. In Fig. 3a ist die einfachste Lösung mit einer in einem Schmelztiegel 2′ geführten und dessen Auslauföffnung wäh rend des Schmelzvorgangs verschließenden Stopfenstange 1 skizziert. Eine den Tiegel umgebende Induktionsspule 12 er zeugt die Schmelztemperatur zum Schmelzen des in den Tiegel eingebrachten Schmelzguts.Suitable charging devices are, for example, the charging devices 8 a , 8 b , 8 c shown in FIGS . 3a to 3c. In Fig. 3a, the simplest solution is outlined with a in a crucible 2 'and the outlet opening during the melting closing plug rod 1 . An induction coil 12 surrounding the crucible generates the melting temperature for melting the melting material introduced into the crucible.

Besser bewährt insbesondere zur Herstellung von Formteilen geringer Abmessungen hat sich das Aufschmelzen genau vor gebbarer Schmelzgutportionen, wie es in den Fig. 3b und 3c skizziert ist. Zur Gewinnung der Schmelzgutportionen werden z. B. durch getrenntes Verdüsen von Kupfer-Titan-Schmelzen bzw. Kupfer-Zirkonium-Schmelzen und Kupfer-Bor-Schmelzen Pulver hergestellt, die anschließend gemischt und zu Preß lingen des geforderten Gewichts verpreßt werden. Gemäß Fig. 3b wird ein solcher Pulverpreßling 13 wie in Fig. 3a in einem von einer Induktionsspule 12 umgebenen Tiegel 2′ auf geschmolzen, wobei die Boranteile mit den Anteilen an Titan und/oder Zirkonium zu der gewünschten Menge an Boriden rea gieren. Nach dem Aufschmelzen fließt die Schmelze mit der homogenen Boriddispersion durch das Tiegelloch in einen darunter angeordneten Formblock 10 (Fig. 2) ab.Melting has proven to be better, particularly for the production of molded parts of small dimensions, precisely before portions of meltable material which can be given, as is sketched in FIGS . 3b and 3c. To obtain the melted portions, z. B. produced by separate atomization of copper-titanium melts or copper-zirconium melts and copper-boron melts powders, which are then mixed and pressed to form the required weight. According to Fig. 3b such a powder compact 13 is melted as in Fig. 3a in a surrounded by an induction coil 12 crucible 2 ', the boron components react with the titanium and / or zirconium components to the desired amount of borides. After melting, the melt with the homogeneous boride dispersion flows through the crucible hole into a mold block 10 arranged below ( FIG. 2).

Beim in Fig. 3c skizzierten Schwebeschmelzverfahren mit ei ner die aus dem Pulverpreßling resultierende Schwebe schmelze 13′ umgebenden Schwebeschmelzspule 12′ fließt die Schwebeschmelze mit den entsprechenden homogenen Boriddi spersionen nach dem Abschalten des Spulenstroms in den Formblock. When in Fig. 3c outlined levitation melting method with egg ner resulting from the powder compact levitation melt 13 'surrounding floating melting coil 12' flows through the levitation melt with the corresponding homogeneous Boriddi spersionen after switching off the coil current in the mold block.

Fig. 4 zeigt ein zweites erfindungsgemäßes Ausführungsbei spiel, bei dem die Schmelze direkt im Formblock 10 bzw. der Preßmatrize erzeugt wird. Dies ermöglicht eine schnelle Herstellung von Formteilen durch direkten Stromdurchgang. Der Formblock 10 aus einem Material mit geringer elektri scher Leitfähigkeit wird, wie in Fig. 4a angedeutet ist, mit einem Pulverpreßling 13, der so hergestellt werden kann wie oben erläutert, chargiert. Fig. 4 shows a second game Ausführungsbei invention, in which the melt is generated directly in the mold block 10 or the press die. This enables fast production of molded parts through direct current passage. The mold block 10 made of a material with low electrical conductivity is, as indicated in Fig. 4a, charged with a powder compact 13 , which can be produced as explained above.

Ein Ausstoßstempel 6, der im Boden des Formblocks 10 beweg lich angeordnet ist, dient gleichzeitig als positiver Stromkontakt und ein am verlängerten Ende des Preßstempels 4 angebrachter Stromkontakt 14 ist entsprechend negativ gepolt. Durch den direkten Stromdurchgang über die Stromkontakte 6 und 14 und den Stempel 4 wird der Pulver preßling 13′ aufgeschmolzen und nach Abschalten des Stroms durch Druck auf den in die Schmelze hineingepreßten Stempel 4 zum schnell erstarrenden Formteil 5 verarbeitet, das mit Hilfe des Ausstoßstempels 6 entnommen werden kann. Es ist hierbei wichtig, daß der Stempel 4 aus einem Material wie z. B. Molybdän oder Wolfram mit einer guten Wärmeleitfähig keit hergestellt wird. Um den Wärmeabfluß der erstarrenden Schmelze noch weiter zu verbessern, sollte mit Wasser ge kühlt werden.An ejection ram 6 , which is arranged in the bottom of the mold block 10 , serves at the same time as a positive current contact and a current contact 14 attached to the extended end of the ram 4 is correspondingly polarized. Due to the direct passage of current via the current contacts 6 and 14 and the punch 4 , the powder compact 13 'is melted and after switching off the current by pressure on the punch pressed into the melt 4 processed to the rapidly solidifying molded part 5 , which is removed with the help of the ejection stamp 6 can be. It is important that the stamp 4 made of a material such as. B. molybdenum or tungsten with a good thermal conductivity is produced. In order to improve the heat flow of the solidifying melt even further, water should be used for cooling.

Die Fig. 5 zeigt in schematischer Weise ein weiteres Ausfüh rungsbeispiel in Form einer Schmelzpreßvorrichtung, die speziell zur Herstellung von Rohren ausgelegt ist. Ein Formblock 10 enthält eine zylindrische Ausnehmung zur Auf nahme von Schmelze 11. Bis zum Boden dieser Ausnehmung er streckt sich ein durch den Boden des Formblocks 10 geführ ter beweglicher Ausstoßstift 6′, der über eine angedeutete Feder an seinem aus dem Formblock herausragenden Ende vor spannbar ist und die Ausnehmung für die Schmelze im Block 10 nach unten abdichtet. Der Stempel umfaßt den in die Schmelze 11 zu pressenden Rundstab 4 a, der den Innendurch messer des herzustellenden Rohrstücks vorgibt, sowie ein oberes Stempelteil 4 b. Dieses weist einen Hohlraum mit ei ner darin aufgenommenen Spiralfeder und eine unterhalb der Feder vorgesehene Führungsöffnung für den Rundstab 4 a auf. Beim Absenken des Stempels in die Schmelze stößt die Unter seite des Rundstabs 4 a gegen den Ausstoßstift 6′, dessen Durchmesser ungefähr gleich dem des Rundstabs 4 a ist, und drückt den Stift 6′ gegen die Wirkung dessen Feder etwas nach unten. Die Feder im Stempelteil 4 b wird ebenfalls durch den Rundstab 4 a zusammengedrückt und die Unterseite des Stempelteils 4 b, das den gleichen Durchmesser wie die Blockausnehmung aufweist, legt sich hierbei auf die Ober fläche der aufsteigenden Schmelze, die somit zwischen den Stempelteilen 4 a und 4 b und der Formblockausnehmung einge schlossen ist. Nach Erstarren der Schmelze wird der Stempel nach oben bewegt, wobei der durch seine zusammengedrückte Feder vorgespannte Auswurfstift 6′ sich nach oben bewegt und das in Fig. 5B gezeigte fertige Rohrstück 15 auswirft. Die Vorrichtung der Fig. 5 eignet sich für die anhand Fig. 2 erläuterte automatisierte Fertigung und liefert auf schnelle und einfache Weise einwandfreie Rohrstücke. Fig. 5 shows schematically another example Ausfüh approximately in the form of a melt press, which is specially designed for the production of pipes. A mold block 10 contains a cylindrical recess for taking on melt 11th To the bottom of this recess he stretches a guided through the bottom of the mold block 10 ter movable ejector pin 6 ', which can be tensioned via an indicated spring at its end protruding from the mold block and seals the recess for the melt in the block 10 downwards. The stamp comprises the round rod 4 a to be pressed into the melt 11 , which specifies the inside diameter of the pipe piece to be produced, and an upper stamp part 4 b . This has a cavity with egg ner spiral spring received therein and a guide opening provided below the spring for the round rod 4 a . When lowering the punch into the melt, the lower side of the round rod 4 a bumps against the ejection pin 6 ', the diameter of which is approximately equal to that of the round rod 4 a , and presses the pin 6 ' against the action of its spring somewhat downwards. The spring in the stamp part 4 b is also compressed by the round rod 4 a and the underside of the stamp part 4 b , which has the same diameter as the block recess, lies here on the upper surface of the ascending melt, which thus between the stamp parts 4 a and 4 b and the mold block recess is closed. After solidification of the melt, the punch is moved upward, the ejector pin 6 'biased by its compressed spring moving upward and ejecting the finished pipe section 15 shown in FIG. 5B. The device of FIG. 5 is suitable for the automated production explained with reference to FIG. 2 and delivers faultless pipe sections in a quick and simple manner.

Neben den erläuterten Vorrichtungen zum Schmelzen und zur Formgebung sind auch jegliche andersartige Ausführungen möglich, sofern diese eine Dosierung der Schmelze bzw. des Schmelzguts sowie die Formgebung unter Preßdruck gewährlei sten.In addition to the explained devices for melting and Shapes are also any other types possible, provided that this is a dosage of the melt or Ensure melt material and the shape under pressure most.

Claims

1. A method for producing dispersion-strengthened copper moldings on the melting path, characterized in that a superheated copper melt is produced with a maximum of 300 ° C, the boron and one or more boride-forming elements of groups IVA, VA and VIA of the periodic system of Elements and / or aluminum is so saturated that I suddenly form a homogeneous, largely stable boride dispersion in the superheated melt, and that a predetermined amount of this boride-containing copper melt is either made in a press die or metered into it and introduced immediately afterwards their manufacture or introduction is shaped with the aid of a stamp.

2. The method according to claim 1, characterized, that the copper melt on stoichiometric additions of Boron and the boride-forming elements to form more as 1% by volume and up to 35% by volume in the copper matrix stored boride dispersion is supersaturated.

3. The method according to claim 1, characterized, that the boride-forming elements with a stoichio metric composition of the melt Excess proportion of up to 1.5% by weight boride be added.

4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized, that as boride-forming elements one or more of the Ele aluminum, titanium, zirconium, hafnium, vanadium, niobium and chrome is used in the melt.

5. The method according to any one of the preceding claims, characterized, that the copper melt overheats at 50 ° C up to 150 ° C becomes.

6. The method according to any one of the preceding claims, characterized, that the melt is boron and one or more of the elements Aluminum, titanium, zirconium, hafnium, vanadium, niobium and Chromium to form 2 vol.% Up to 17 vol added boride dispersion.

7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized, that when molding the dispersoid-containing melt a press pressure of 5 bar up to 70 bar is exerted.

8. The method according to any one of the preceding claims, characterized, that for the metered introduction of predetermined amounts of boride containing melt powder compacts of the specified together settlements and the corresponding mass either in one perforated crucible over the die or in a weld fusing coil from which the melt after switching off the Coil current falls down into the die be melted.

9. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized, that the press die with a weighed powder compact of the specified compositions is charged by direct passage of current melted and then is shaped by the pressure of the stamp.

10. The method according to any one of claims 8 and 9, characterized, that the powder compact is made by atomizing Copper-zirconium and / or copper-titanium alloys with Copper-boron alloys required for supersaturation Ratio to be mixed and the blended powder be pressed.

11. The method according to any one of claims 1 to 10 characterized, that with the inventive method the following fer term moldings or at least corresponding near-net shape Components are manufactured: spot welding electrode caps, Valve guides and valve seat rings for combustion engines Ren, electrical contacts, locking and components for che mixing equipment, elements for rocket and nozzle drives, continuous casting molds, primary material for the production of Pipes, wires and profiles, gear parts such as synchronizer rings as well as screw blanks.

12. The method according to any one of the preceding claims, characterized, that in the melt instead of copper, silver or gold be used.

13. An apparatus for performing the method according to one of the preceding claims, characterized by a fillable metered with the boride-containing melt or a pressing die ( 2; 2 '; 10 ) receiving the melt material for producing the boride-containing melt and a stamp ( 4; 4 a , 4 b ) for shaping the melt in the press die, the press die and the punch being made of hot-work steel or of preferably powder metallurgically manufactured materials based on molybdenum or tungsten or of hard metal.

14. The apparatus according to claim 13, characterized in that several mold blocks each having a press die ( 10 ) are arranged in a carousel and that one or more fixed charging devices ( 8 a ; 8 b ; 8 c ) for introducing metered amounts of melt into the mold blocks above half and one or more fixed ejecting ejection devices ( 6, 7 ) for ejecting the solidified molded parts ( 5 ) from the mold blocks below the carousel are arranged in positions into which the empty or filled with metered amount of melt blocks ( 10 ) by rotating the Carousels are moved in succession, with the stamp or stamps ( 4 ) for shaping the amounts of melt just introduced before blocks are preferably provided on the or the ejection devices ( 6, 7 ) corresponding positions above the introduced mold.