DE3919107A1

DE3919107A1 - Verfahren zur formgebung und verbesserung der mechanischen eigenschaften von pulvermetallurgisch hergestellten rohlingen aus einer legierung mit erhoehter warmfestigkeit durch strangpressen

Info

Publication number: DE3919107A1
Application number: DE3919107A
Authority: DE
Inventors: Reinhard Dipl Ing Fried; Malcolm Dr Couper
Original assignee: Asea Brown Boveri AG Switzerland; Asea Brown Boveri AB
Current assignee: ABB Schweiz Holding AG; ABB AB
Priority date: 1988-08-02
Filing date: 1989-06-10
Publication date: 1990-02-08
Also published as: EP0356718A3; US4992238A; DE58906745D1; JPH02163305A; EP0356718A2; EP0356718B1

Description

TECHNISCHES GEBIET

Weiterverarbeitung von pulvermetallurgisch hergestellten Legierungen mit erhöhter Wärmefestigkeit. Verringerung der durch einseitige Verformung verursachten Anisotropie der Eigenschaften von Werkstücken.

Die Erfindung bezieht sich auf die Weiterentwicklung von Formgebungsverfahren zur Erzielung optimaler Gefügeausbildungen bei aus Pulvern erzeugten Hochtemperaturlegierungen mit Ausscheidungs- und/oder Dispersionshärtung.

Insbesondere betrifft sie ein Verfahren zur Formgebung und Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von pulvermetallurgisch hergestellten Rohlingen aus einer Legierung mit erhöhter Warmfestigkeit durch Heiß-Strangpressen.

STAND DER TECHNIK

Bei der Fertigung von Bauteilen aus pulvermetallurgisch hergestellten Legierungen wird das Pulver in der Regel kalt vorverdichtet oder lose in eine Metallkapsel eingefüllt und dann dieser Rohling in irgendeiner Weise durch Anwendung von Druck weiter verdichtet und gleichzeitig oder hinterher einem Formgebungsprozeß unterworfen. Dabei spielt das Strangpressen, insbesondere das Heiß-Strangpressen eine wichtige Rolle im ganzen Fertigungsablauf. Anschließend wird das Werkstück durch Pressen, Schmieden, mechanische Bearbeitung etc. in die endgültige Form übergeführt.

Es sind zahlreiche Strangpreßtechniken bekannt:

- Verwendung von losem Pulver oder von kalt-vorgepreßten Preßkörpern.
- Ohne oder mit Umhüllung (Metallkapsel), wobei letztere zum Teil als "Schmiermittel" wirkt oder nur als Behälter zur Entgasung mittels Vakuum dient.
- Direktes oder indirektes Strangpressen, wobei letzteres bei herabgesetztem Druck durchgeführt wird.
- Gewöhnliches Pressen oder Pressen unter hydrostatischem Druck.

Gepreßt werden unter anderem folgende Pulver:

- Aluminiumlegierungen, welche eine große Anzahl an aus übersättigter Schmelze durch extrem rasche Abkühlung erhalten gebliebenen intermetallischen Verbindungen in sehr feiner Verteilung erhalten.
- Oxyddispersionsgehärtete Magnesiumlegierungen.
- Dispersionsgehärtete Kupferlegierungen.
- Oxyddispersionsgehärtete Nickelbasis-Superlegierungen.

Eine Eigenart des Strangpressens besteht darin, daß das erhaltene Halbzeug anisotrope Eigenschaften hat. Es zeigt in den verschiedenen Richtungen unterschiedliche mechanische Eigenschaften, was daraus hergestellte Werkstücke oft unbrauchbar macht.

Zum Stand der Technik wurden folgende Dokumente genannt:

- J. Duszczyk and P. Jongenburger, "The Extrusion of Aluminium and its Alloys from Powders", in Reviews on Powder Metallurgy and Physical Ceramics, Vol. 2, No. 4, 1985, p. 269-311.
- T. Sheppard, M. A. Zaidi, "Effect of preheat time-temperature cycles on development of microstructure and properties of extrusions prepared from Al-Fe-Mn rapidly solidified powders", Materials Science and Technology, Jan. 1986, Vol. 2, p. 69-78.
- Y. W. Kim, W. M. Griffith, F. h. Froes, "Surface oxides in P/M Aluminium Alloys", J. of Metals, Vol. 32, No. 8, 1985, p. 27-33.
- I. G. Palmer, M. P. Thomas, "Production and properties of thermally stable Al-CR-Zr alloys, Metall. 41, June 1987, p. 600-605.

Das Verarbeiten der obengenannten Werkstoffe führt oft zu schwer zu lösenden Problemen. Das Aufbrechen der die Pulverpartikel umhüllenden Oxydhäute bereitet Schwierigkeiten. Dieses Aufbrechen ist jedoch Bedingung, um eine gute Bindung zwischen den einzelnen Körnern zu gewährleisten. Um dies zu erreichen, sind meist extrem hohe Reduktionsverhältnisse und hohe Temperaturen erforderlich. Dies führt wieder zu einer Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften, speziell der Verformbarkeit. Die oben definierten Aluminiumlegierungen ergeben mäßige Festigkeiten (Bruchfestigkeit bei Zug ca. 400 MPa) und ungenügende Duktilität und Zähigkeit.

Insbesondere bleibt die Duktilität und Zähigkeit in der quer zur Strangpreßrichtung liegenden Ebene weit unter der für praktischen Gebrauch verlangten Werte. Es wurde auch festgestellt, daß beim kalten hydrostatischen Strangpressen nur ungenügende Duktilität erreicht wurde und gute Festigkeiten nur bei beschränkten Abmessungen und Querschnitten erreicht wurden. Die herkömmlichen Strangpreßverfahren eignen sich außerdem nicht ohne weiteres für die Herstellung von Werkstücken gewisser gewünschter Abmessungen. Oft sind Querschnittsgröße und Querschnittsform begrenzt.

Es besteht daher ein großes Bedürfnis zur Verbesserung und Weiterentwicklung der Strangpreßverfahren für warmfeste Pulver auf der Basis von Al-, Mg-, Cu- und Ni-Legierungen.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Formgebung und Verbesserung der mechanischen Eigenschaften, insbesondere der Duktilität von pulvermetallurgisch hergestellten Rohlingen aus einer Legierung mit erhöhter Warmfestigkeit durch Strangpressen anzugeben, welches einfach und wirtschaftlich ist und sich mit einem Minimalaufwand an Maschinen und Werkzeugen durchführen läßt. Das Erzeugnis soll möglichst isotrope Eigenschaften aufweisen und in seiner Form dem Enderzeugnis möglichst nahe kommen. Das Verfahren soll sich insbesondere für die Massenfertigung von Bauteilen für thermische Maschinen eignen, wobei der Schwerpunkt auf der Verwendung von warmfesten Aluminiumlegierungen liegt.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß im eingangs erwähnten Verfahren die Verformung sukzessive in mindestens zwei voneinander verschiedenen Temperaturbereichen durchgeführt wird, wobei der Werkstoff zunächst durch Heiß-Strangpressen in seinem Querschnitt in einem oberen Temperaturbereich reduziert wird und danach in einem tieferen Temperaturbereich nochmals durch Heiß-Strangpressen verformt wird, wobei sein Querschnitt wieder reduziert wird.

Die Aufgabe wird ferner dadurch gelöst, daß die Verformung in mindestens zwei Phasen durchgeführt wird, wobei der Werkstoff zunächst durch Heiß-Strangpressen in seinem Querschnitt in einem ersten Temperaturbereich reduziert wird und danach in einem zweiten Temperaturbereich nochmals durch Heiß-Strangpressen verformt wird, wobei sein Querschnitt wieder erweitert wird, dergestalt, daß er unmittelbar hinter der Matrize zu einer verhältnismäßig scharfkantigen Umlenkung und zu einem Fließen quer zur Strangpreßrichtung gezwungen wird.

WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden, durch Figuren näher erläuterte Ausführungsbeispiele beschrieben. Dabei zeigt

Fig. 1 schematisch den Ablauf einer 1. Variante des Verfahrens mit zweifacher Querschnittsverjüngung des Werkstücks,

Fig. 2 schematisch den Ablauf einer 2. Variante des Verfahrens mit einer Querschnittsverjüngung und einer Querschnittserweiterung des Werkstücks,

Fig. 3 schematisch den Ablauf einer 2. Variante des Verfahrens mit einer Querschnittsverjüngung und einer Querschnittserweiterung des Werkstücks in einem Arbeitsgang,

Fig. 4 schematisch den Ablauf einer 3. Variante des Verfahrens mit zweifacher Querschnittsverjüngung und einer Querschnittserweiterung des Werkstücks,

Fig. 5 einen schematischen Längsschnitt durch eine Strangpresse zur Durchführung einer 2. Variante des Verfahrens in der Stellung unmittelbar nach dem Preßbeginn,

Fig. 6 einen schematischen Längsschnitt durch eine Strangpresse zur Durchführung einer 2. Variante des Verfahrens in der Stellung in der 2. Hälfte des Preßvorgangs,

Fig. 7 einen schematischen Längsschnitt durch eine Strangpresse zur Durchführung einer 2. Variante des Verfahrens in der Stellung am Ende des Preßvorgangs.

In Fig. 1 ist schematisch der Ablauf einer 1. Variante des Verfahrens mit zweifacher Querschnittsverjüngung des Werkstücks dargestellt. 1 ist ein erster Rezipient einer Strangpresse, in welcher sich ein auf die Temperatur T₁ erhitzter, pulvermetallurgisch hergestellter Rohling (Preßkörper) 2 befindet. 3 ist die in diesem ersten Rezipienten 1 herrschende Preßkraft. 4 ist ein zweiter Rezipient einer Strangpresse, 5 das bereits stranggepreßte, sich auf der Temperatur T₂ befindliche Werkstück. 6 ist die Preßkraft. 7 stellt das fertige Halbzeug dar. Es herrscht die Bedingung, daß T₂<T₁.

Fig. 2 bezieht sich auf den schematischen Ablauf einer 2. Variante des Verfahrens mit einer Querschnittsverjüngung und einer Querschnittserweiterung des Werkstücks. Die linke Seite der Fig. 2 mit Rezipient 1, Rohling 2 und Preßkraft 3 entspricht genau der linken Seite der Fig. 1. 4 ist der zweite Rezipient einer Strangpresse zur Erweiterung des Querschnitts des Werkstücks (Preßkörper) 5. Das Strangpressen erfolgt unter der Preßkraft 6 bei der Temperatur T₂, die gleich oder kleiner als T₁ sein kann. 8 ist ein erweiterter Gegenpreßzylinder, in welchem auf das fertige Halbzeug 7 eine Preßkraft 9 in entgegengesetzter Richtung ausgeübt wird.

Fig. 3 stellt den schematischen Ablauf einer 2. Variante des Verfahrens mit einer Querschnittsverjüngung und einer Querschnittserweiterung des Werkstücks in einem Arbeitsgang dar. 10 ist die Querschnittsverengung in Form einer Matrize zwischen dem Rezipienten 1 und dem erweiterten Gegenpreßzylinder 8. In letzterem hat das fertige Halbzeug 7 die Temperatur T₃, die gleich oder niedriger oder höher als T₁ sein kann.

Alle übrigen Bezugszeichen entsprechen genau denjenigen der Fig. 2.

Fig. 4 zeigt den schematischen Ablauf einer 3. Variante des Verfahrens mit zweifacher Querschnittsverjüngung und einer Querschnittserweiterung des Werkstücks. Die linke Seite der Figur entspricht genau derjenigen von Fig. 1, während die rechte Seite ungefähr der Fig. 3 entspricht. Es handelt sich also um eine Superposition des ersten Verfahrensschritts gemäß Fig. 1 und eines zweiten und dritten Verfahrensschritts gemäß Fig. 3. 11 bedeutet das zweimal stranggepreßte Werkstück in der Verengung. Alle übrigen Bezugszeichen entsprechen denjenigen der vorangegangenen erwähnten Figuren. Im allgemeinen ist T₂<T₁, während T₃ mindestens im Rahmen der Werkstoffbedingungen beliebig sein und auch den Wert von T₁ annehmen kann.

In Fig. 5 ist ein schematischer Längsschnitt durch eine Strangpresse zur Durchführung einer 2. Variante des Verfahrens in der Stellung unmittelbar nach dem Preßbeginn dargestellt. Die Strangpresse ist mit vertikaler Hauptachse gezeichnet. Diese kann jedoch eine beliebige Lage im Raum einnehmen und zum Beispiel auch horizontal liegen. 12 ist ein fester Tisch (Grundplatte) der Presse, 13 ist ein beweglicher, hydraulisch gesteuerter Tisch der Presse. 14 ist der Rezipient I (Preßzylinder), in den der Rohling, das zu verformende Preßgut 23, eingesetzt wird. 15 ist der Stempel I, welcher in den Rezipienten I hineinpaßt. 16 ist eine Preßmatrize aus einem warmfesten Werkstoff. 17 ist der Rezipient II (Gegenpreßzylinder), in welchem sich der Stempel II (Gegenstempel) befindet, der in dem Maße, wie der Preßprozeß fortschreitet, zurückgezogen wird. 19 ist ein Zwischenstück zwischen dem Tisch 13 und dem Rezipienten 17, das der Kraftübertragung dient. 20 ist ein hydraulisch gesteuerter Gegendruckzylinder, in welchem sich der Gegendruckkolben 21 bewegt. Dieser trägt über einen Halter 22 den Stempel 18. Im vorliegenden Fall sind die Durchmesser von Stempel I (15) und Gegenstempel II (18) gleich. Es findet beim Preßvorgang also eine intensive Durchknetung des Werkstoffes (Preßgut 23), aber keine bleibende Querschnittsveränderung statt.

In Fig. 6 ist ein schematischer Längsschnitt durch eine Strangpresse zur Durchführung einer 2. Variante des Verfahrens in der Stellung in der 2. Hälfte des Preßvorgangs dargestellt. Sämtliche Bezugszeichen entsprechen denjenigen der Fig. 5. Der Tisch 13 und mit ihm die Rezipienten II (17) und I (14) sowie die Preßmatrize 16 bewegen sich vertikal nach unten, während der Stempel II (18) im gleichen Maße unter Ausübung eines Gegendrucks auf das Preßgut 23 nach oben zurückgezogen wird.

Fig. 7 stellt einen schematischen Längsschnitt durch eine Strangpresse zur Durchführung dieser 2. Variante des Verfahrens in der Stellung am Ende des Preßvorgangs dar. Der Preßweg ist erschöpft, der Rezipient I (14) ruht sich mit seiner Stirnseite auf dem Tisch 12. Das gesamte Preßgut 23 befindet sich im Hohlraum, der durch das Innere der Matrize 16 und des Rezipienten II (17) begrenzt wird. Die Bezugszeichen entsprechen genau demjenigen der Fig. 5.

AUSFÜHRUNGSBEISPIEL 1 Siehe Fig. 1!

Es wurde eine Legierung der folgenden Zusammensetzung erschmolzen:

Fe = 10 Gew.-%,
V = 2 Gew.-%,
Al = Rest.

Die Schmelze wurde mit einer Geschwindigkeit von mindestens 10⁶ °C/s durch Zerstäuben mit Stickstoff abgekühlt und das auf diese Weise hergestellte Pulver durch Kaltpressen zu einem zylindrischen Rohling von 200 mm Durchmesser verarbeitet. Der Rohling wurde im Vakuum entgast und weiter durch Heißpressen verdichtet.

Nun wurde der Rohling 2 als Preßkörper in den ersten Rezipienten 1 einer Strangpresse eingesetzt und bei einer Temperatur T₁ von 400°C und einem Reduktionsverhältnis von 8 : 1 zu einer zylindrischen Stange von 70 mm Durchmesser verpreßt. Die mechanischen Eigenschaften des Werkstücks nach diesem ersten Verfahrensschritt ergaben sich bei Raumtemperatur wie folgt:

Von der stranggepreßten Stange (Werkstück 5) von 70 mm Durchmesser wurde ein Stück abgeschnitten und in einem zweiten Rezipienten 4 einer Strangpresse bei einer Temperatur T₂ von 325°C mit einem Reduktionsverhältnis von 3 : 1 zu einer Stange von 40 mm Durchmesser weiter verpreßt. Die mechanischen Eigenschaften des Werkstücks nach diesem zweiten Verfahrensschritt stellten sich bei Raumtemperatur wie folgt:

Der Kriechversuch ergab eine Lebensdauer bis zum Bruch von mehr als 1000 h unter einer Zugspannung von 280 MPa bei einer Temperatur von 200°C.

AUSFÜHRUNGSBEISPIEL 2 Siehe Fig. 1!

Analog Beispiel 1 wurde eine Legierung erschmolzen, ein Pulver erzeugt, verdichtet, entgast und in zwei Schritten stranggepreßt. Die Legierung hatte die folgende Zusammensetzung:

Fe = 12 Gew.-%,
V = 1 Gew.-%,
Zr = 1 Gew.-%,
Al = Rest.

Der Rohling 2 hatte einen Durchmesser von 160 mm. Das Reduktionsverhältnis beim 1. Schritt betrug 5 : 1, die Temperatur T₁ 430°C, der Stangendurchmesser 70 mm. Die Festigkeitswerte bei Raumtemperatur waren die folgenden:

Von dem stranggepreßten Werkstück 5 von 70 mm Durchmesser wurde ein Stück abgeschnitten und unter einer Schmiedepresse bei einer Temperatur von 350°C derart in der Strangpreßrichtung gestaucht, daß es einen Durchmesser von 100 mm annahm. Das Werkstück 5 wurde nun in einen zweiten Rezipienten 4 einer Strangpresse eingesetzt und bei einer Temperatur von 280°C mit einem Reduktionsverhältnis von 5 : 1 zu einer Stange von 45 mm Durchmesser verpreßt. Die Eigenschaften bei Raumtemperatur waren die folgenden:

Das Werkstück wurde hierauf während 2 h bei 400°C geglüht. Es konnte keine Veränderung der mechanischen Eigenschaften, insbesondere kein Festigkeitsabfall festgestellt werden.

Der Zugversuch bei 300°C ergab eine Streckgrenze von 270 MPa, die unverändert auch nach einer Glühung während 100 h bei 300°C erhalten blieb.

AUSFÜHRUNGSBEISPIEL 3 Siehe Fig. 1!

Gemäß Beispiel 1 wurde eine Magnesiumlegierung erschmolzen und daraus ein Pulver hergestellt. Die Legierung hatte folgende Zusammensetzung:

Al = 8 Gew.-%,
Zn = 1 Gew.-%,
Mn = 0,4 Gew.-%,
Mg = Rest.

Das Pulver wurde mit 0,8% Al₂O₃ im Attritor während 10 h mechanisch legiert und auf diese Weise eine oxyddispersionsgehärtete Legierung erzeugt. Nach dem Kaltpressen, Entgasen und Heiß-Nachpressen wurde der Rohling 2 von 150 mm Durchmesser in den ersten Rezipienten einer Strangpresse eingesetzt und bei einer Temperatur T₁ von 450°C und einem Reduktionsverhältnis von 6 : 1 zu einer Stange von 60 mm Durchmesser verpreßt. Von der stranggepreßten Stange wurde ein Abschnitt in einem zweiten Rezipienten 4 einer Strangpresse bei einer Temperatur T₂ von 360°C mit einem Reduktionsverhältnis von 3 : 1 zu einer Stange von 35 mm Durchmesser verpreßt. Die Eigenschaften bei Raumtemperatur stellten sich wie folgt:

AUSFÜHRUNGSBEISPIEL 4 Siehe Fig. 1!

Ähnlich Beispiel 3 wurde eine oxyddispersionsgehärtete Kupferlegierung erzeugt. Die Matrix des Pulvers hatte die nachfolgende Zusammensetzung:

Be = 2 Gew.-%,
Co = 0,5 Gew.-%,
Mn = 1 Gew.-%,
Cr = 0,2 Gew.-%,
Fe = 0,3 Gew.-%,
Si = 0,5 Gew.-%,
MgO = 0,8 Gew.-%,
Cu = Rest.

Bei der Weiterverarbeitung der Pulvermischung wurde genau gleich verfahren wie unter Beispiel 3. Die Strangpreß-Reduktionsverhältnisse und Abmessungen des Werkstücks waren die gleichen. Die Temperatur T₁ betrug 800°C, die Temperatur T₂ 650°C.

Bei Raumtemperatur wurden folgende mechanische Eigenschaften gemessen:

AUSFÜHRUNGSBEISPIEL 5 Siehe Fig. 1!

Als Legierung wurde eine oxyddispersionsgehärtete Nickelbasis- Superlegierung mit der Handelsbezeichnung MA 6000 (Inco) mit folgender Zusammensetzung gewählt:

Cr = 15 Gew.-%,
W = 4,0 Gew.-%,
Mo = 2,0 Gew.-%,
Al = 4,5 Gew.-%,
Ti = 2,5 Gew.-%,
Ta = 2,0 Gew.-%,
C = 0,05 Gew.-%,
B = 0,01 Gew.-%,
Zr = 0,15 Gew.-%,
Y₂O₃ = 1,1 Gew.-%,
Ni = Rest.

Die Legierung lag im vorverdichteten, feinkörnigen Zustand vor. Als Ausgangsmaterial hatte eine mechanisch legierte Pulvermischung gedient.

Ein Rohling 2 von 75 mm Durchmesser wurde in den ersten Rezipienten 1 einer Strangpresse eingesetzt und bei einer Temperatur T₁ von 1050°C und einem Reduktionsverhältnis von 6 : 1 zu einer Stange von 30 mm Durchmesser verpreßt. Ein Probestab ergab nach einer Rekristallisationsglühung bei 1160°C sehr mäßige Duktilitätswerte, besonders in der Querrichtung. Längs betrug die Dehnung ca. 5%, quer weniger als 1%.

Von der Stange (Werkstück 5) von 30 mm Durchmesser wurde ein Abschnitt in einem zweiten Rezipienten 4 einer Strangpresse bei einer Temperatur T₂ von 920°C mit einem Reduktionsverhältnis von 4 : 1 zu einer Stange von 15 mm Durchmesser weiter gepreßt. Die mechanischen Eigenschaften nach erfolgter Grobkornglühung ergaben eine Streckgrenze von 980 MPa und eine Dehnung von 8% in Strangpreßrichtung und Werte von 580 MPa und 3% in Querrichtung.

AUSFÜHRUNGSBEISPIEL 6 Siehe Fig. 2!

Es wurde eine Aluminiumlegierung genau gleich wie unter Beispiel 1 erschmolzen und zu sehr feinem Pulver zerstäubt. Das Pulver wurde zunächst unter einem Druck von 4000 bar kaltisostatisch zu einem Grünkörper verpreßt, in eine Aluminiumkapsel eingeschweißt, unter Vakuum entgast und heiß nachgepreßt. Dabei betrug die Dichte 77% des theoretischen Wertes.

Der Rohling 2 hatte einen Durchmesser von 30 mm. Er wurde in den ersten Rezipienten 1 einer Strangpresse eingesetzt und bei einer Temperatur T₁ von 380°C mit einem Reduktionsverhältnis von 4 : 1 zu einer Stange von 15 mm Durchmesser verpreßt. Die mechanischen Eigenschaften des Werkstücks nach diesem ersten Verfahrensschritt stellten sich bei Raumtemperatur wie folgt:

Von der Stange (Werkstück 5) von 15 mm Durchmesser wurde ein Abschnitt in einem zweiten Rezipienten 4 einer Strangpresse bei einer Temperatur T₂ von 450°C mit einem Erweiterungsverhältnis von 1 : 5,5 unter einem hydrostatischen Druck von 4000 bar in den Gegenpreßzylinder 8 (Preßkraft 9) gedrückt. Das fertige Halbzeug 7 hatte einen Durchmesser von 35 mm. Die mechanischen Eigenschaften des Werkstücks nach diesem zweiten Verfahrensschritt stellten sich bei Raumtemperatur wie folgt:

Der Kriechversuch ergab eine Lebensdauer bis zum Bruch von mehr als 2000 h unter einer Zugspannung von 260 MPa bei einer Temperatur von 210°C.

AUSFÜHRUNGSBEISPIEL 7 Siehe Fig. 4!

Eine Magnesiumlegierung folgender Zusammensetzung wurde erschmolzen:

Al = 6,5 Gew.-%,
Zn = 2 Gew.-%,
Mn = 0,2 Gew.-%,
Mg = Rest.

Die Schmelze wurde im Argonstrom zu einem feinkörnigen Pulver zerstäubt und dieses dann mit 1% MgO im Attritor während 12 h mechanisch legiert. Auf diese Weise wurde eine warmfeste oxyddispersionsgehärtete Magnesiumlegierung erzeugt. Das Pulver wurde unter einem Druck von 4500 bar kalt-isostatisch gepreßt, in eine Kapsel aus Reinmagnesium eingeschweißt undunter Vakuum entgast. Der Rohling 2 hatte einen Durchmesser von 60 mm.

Nun wurde der Rohling 2 als Preßkörper in den ersten Rezipienten 1 einer Strangpresse eingesetzt und bei einer Temperatur T₁ von 380°C mit einem Reduktionsverhältnis von 4 : 1 zu einer zylindrischen Stange von 30 mm Durchmesser verpreßt.

Von dieser Stange (Werkstück 5) wurde ein Stück abgeschnitten und in einer Strangpresse in einem zweiten Rezipienten 4 weiterverarbeitet. Die Strangpresse besaß eine Querschnittsverengung (Matrize) 10 und einen erweiterten Gegenpreßzylinder 8. Im Rezipienten 4 herrschte eine Temperatur T₂ von 240°C, im Gegenpreßzylinder 8 unter einer Gegenpreßkraft 9, die einem hydrostatischen Druck von 3000 bar entsprach, eine Temperatur T₃ von 250°C. Das Reduktionsverhältnis betrug 3 : 1, so daß das Werkstück 11 in der Verengung 10 noch einen Durchmesser von 17 mm aufwies. Das Erweiterungsverhältnis war 1 : 3. Das fertige Halbzeug 7 hatte somit einen Durchmesser von 30 mm. Es wurden folgende mechanische Eigenschaften gemessen:

AUSFÜHRUNGSBEISPIEL 8 Siehe Fig. 3!

Es wurde eine oxyddispersionsgehärtete Kupferlegierung erzeugt. Die Matrix hatte die nachfolgende Zusammensetzung:

Be = 1,5 Gew.-%,
Ni = 0,5 Gew.-%,
Mn = 1,5 Gew.-%,
Ti = 0,5 Gew.-%;

Dispersoid:
Y₂O₃ = 1,2 Gew.-%,
Cu = Rest.

Das Dispersoid wurde im Attritor mit der Matrix in Pulverform mechanisch legiert. Das Pulvergemisch wurde kalt-isostatisch gepreßt, in eine weiche Kupferkapsel eingeschweißt, evakuiert und heiß nachverdichtet. Der Rohling 2 hatte einen Durchmesser von 30 mm.

Nun wurde der Rohling 2 in eine Strangpresse mit einem ersten Rezipienten 1 und einem erweiterten Gegenpreßzylinder 8 sowie einer Querschnittsverengung 10 weiter verarbeitet.

Die Temperatur T₁ betrug 700°C, die Temperatur T₃ 650°C. Das Reduktionsverhältnis war 4,5 : 1, so daß der Strang in der Verengung noch 14 mm Durchmesser aufwies. Das Erweiterungsverhältnis war 1 : 5. Das fertige Halbzeug 7 hatte einen Durchmesser von 32 mm. Die mechanischen Festigkeitswerte bei Raumtemperatur waren:

AUSFÜHRUNGSBEISPIEL 9 Siehe Fig. 5 bis 7!

Als Legierung wurde eine oxyddispersionsgehärtete Nickelbasis- Superlegierung mit der Handelsbezeichnung MA 6000 gewählt: Die Zusammensetzung ist aus Beispiel 5 ersichtlich. Das Ausgangsmaterial entsprach genau den unter diesem Beispiel gemachten Angaben.

Ein Rohling von 40 mm Durchmesser wurde in den Rezipienten I (14 in Fig. 5) einer doppelt wirkenden Strangpresse eingesetzt und mittels Stempel I (15) mit einem Reduktionsverhältnis von 4 : 1 durch die Preßmatrize 16 gepreßt. Die Temperatur im Rezipienten I betrug 980°C. Im Rezipienten II (17) wurde als hydrostatisch wirkender Druck mittels Stempel II (18) ein Gegendruck von 10 000 bar aufgebaut. Beide Rezipienten (14, 17) waren mit gekühlten, außenliegenden Armierungsringen verstärkt, um den respektablen Drücken standhalten zu können. Die Preßmatrize 16 bestand aus der Molybdänlegierung TZM, war durch Außenringe verstärkt und hatte eine Bohrung von 15 mm Durchmesser. Der Rezipient II hatte eine Bohrung von 30 mm Durchmesser, so daß das Erweiterungsverhältnis 1 : 4 betrug. Die Temperatur T₃ im Rezipienten II betrug 1030°C. Die mechanischen Werte bei Raumtemperatur ergaben sich wie folgt (nach Zonenglühung):

Die Erfindung ist nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt.

Das Verfahren wird durchgeführt, indem die Verformung sukzessive in mindestens zwei voneinander verschiedenen Temperaturbereichen durchgeführt wird, wobei der Werkstoff zunächst durch Heiß-Strangpressen in seinem Querschnitt in einem oberen Temperaturbereich T₁ reduziert wird und danach in einem tieferen Temperaturbereich T₂ nochmals durch Heiß- Strangpressen verformt wird, wobei sein Querschnitt weiter reduziert wird. Die Legierung mit erhöhter Warmfestigkeit ist eine ausscheidungshärtbare, aus übersättigter Schmelze durch extrem hohe Abkühlungsgeschwindigkeit hergestellte Hochtemperatur-Aluminiumlegierung oder eine oxyddispersionsgehärtete Magnesiumlegierung oder eine ausscheidungshärtbare oxyddispersionsgehärtete Kupferlegierung oder eine oxyddispersionsgehärtete Nickelbasis-Superlegierung. Im Falle einer Hochtemperatur-Aluminiumlegierung wird die erste Verformung im Temperaturbereich T₁ von 360 bis 450°C mit einem ersten Reduktionsverhältnis von 4 : 1 bis 8 : 1 und die zweite Verformung im Temperaturbereich T₂ von 200 bis 350°C mit einem zweiten Reduktionsverhältnis von 2 : 1 bis 6 : 1 durchgeführt, dergestalt, daß das gesamte Reduktionsverhältnis 8 : 1 bis 40 : 1 beträgt. Der Rohling 2 aus pulvermetallurgisch hergestellter Aluminiumlegierung ist kalt-isostatisch vorgepreßt und entgast oder kalt-isostatisch vorgepreßt, entgast und weiter kalt oder warm verdichtet. In einer Variante wird das Werkstück zwischen den beiden Strangpreß-Verfahrensschritten durch Stauchen in Strangpreßrichtung (Warmschmieden) derart verformt, daß sein Querschnitt erweitert wird.

Das Verfahren wird ferner durchgeführt, indem die Verformung in mindestens zwei Phasen durchgeführt wird, wobei der Werkstoff zunächst durch Heiß-Strangpressen in seinem Querschnitt in einem ersten Temperaturbereich T₁ reduziert wird und danach in einem zweiten Temperaturbereich T₂, T₃ nochmals durch Heißstrangpressen verformt wird, wobei sein Querschnitt wieder erweitert wird, dergestalt, daß er unmittelbar hinter der Matrize 10, 16 zu einer verhältnismäßig scharfkantigen Umlenkung und zu einem Fließen quer zur Strangpreßrichtung gezwungen wird. Im Falle einer Hochtemperatur-Aluminiumlegierung wird die erste Verformung im Temperaturbereich T₁ von 360 bis 450°C mit einem Reduktionsverhältnis von 4 : 1 und die zweite, der Erweiterung des Querschnitts dienende Verformung im Temperaturbereich T₂, T₃ von 200 bis 500°C mit einem Erweiterungsverhältnis von 1 : 2 bis 1 : 8 durchgeführt.

Die zweite, der Erweiterung des Querschnitts dienende Verformung kann sich gerade aufheben, so daß das Produkt 1 wird und im Endeffekt das Werkstück den unveränderten Querschnitt des Rohlings aufweist. In einer Variante wird der aus Querschnittsreduktion und Querschnittserweiterung bestehenden Verformung eine Querschnittsreduktion durch Strangpressen mit einem Reduktionsverhältnis von 4 : 1 bis 8 : 1 im Temperaturbereich T₁ von 360 bis 450°C vorgeschaltet.

In vorteilhafter Weise wird die zweite Verformung unter hydrostatischem Druck oder unter Überlagerung von isostatischem Druck im Sinne eines kombinierten Strang- und heiß-isostatischen Pressens durchgeführt. Vorzugsweise werden die erste und zweite Verformung gleichzeitig, jedoch örtlich getrennt in einer Strangpresse durchgeführt, die aus zwei Rezipienten 14, 19, einer dazwischen angeordneten Preßmatrize 16 und zwei Stempeln 15, 18 besteht, wobei letztere eine gleichsinnige Axialbewegung bezüglich der Mitte der Preßmatrize 16 ausführen.

Claims

1. Verfahren zur Formgebung und Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von pulvermetallurgisch hergestellten Rohlingen (2) aus einer Legierung mit erhöhter Warmfestigkeit durch Heiß-Strangpressen, dadurch gekennzeichnet, daß die Verformung sukzessive in mindestens zwei voneinander verschiedenen Temperaturbereichen durchgeführt wird, wobei der Werkstoff zunächst durch Heiß-Strangpressen in seinem Querschnitt in einem oberen Temperaturbereich (T₁) reduziert wird und danach in einem tieferen Temperaturbereich (T₂) nochmals durch Heiß-Strangpressen verformt wird, wobei sein Querschnitt weiter reduziert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung mit erhöhter Warmfestigkeit eine ausscheidungshärtbare, aus übersättigter Schmelze durch extrem hohe Abkühlungsgeschwindigkeit hergestellte Hochtemperatur- Aluminiumlegierung oder eine oxyddispersionsgehärtete Magnesiumlegierung oder eine ausscheidungshärtbare oxyddispersionsgehärtete Kupferlegierung oder eine oxyddispersionsgehärtete Nickelbasis-Superlegierung ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung eine Hochtemperatur-Aluminiumlegierung ist und daß die erste Verformung im Temperaturbereich (T₁) von 360 bis 450°C mit einem ersten Reduktionsverhältnis von 4 : 1 bis 8 : 1 und die zweite Verformung im Temperaturbereich (T₂) von 200 bis 350°C mit einem zweiten Reduktionsverhältnis von 2 : 1 bis 6 : 1 durchgeführt wird, dergestalt, daß das gesamte Reduktionsverhältnis 8 : 1 bis 40 : 1 beträgt.

4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohling (2) aus pulvermetallurgisch hergestellter Aluminiumlegierung kalt-isostatisch vorgepreßt und entgast oder kalt-isostatisch vorgepreßt, entgast und weiter kalt oder warm verdichtet ist.

5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das durch die erste, den Querschnitt reduzierende Verformung erzeugte Werkstück vor der zweiten Verformung durch Stauchen in der Strangpreßrichtung warmgeschmiedet wird, dergestalt, daß sein Querschnitt erweitert wird.

6. Verfahren zur Formgebung und Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von pulvermetallurgisch hergestellten Rohlingen (2) aus einer Legierung mit erhöhter Warmfestigkeit durch Heiß-Strangpressen, dadurch gekennzeichnet, daß die Verformung in mindestens zwei Phasen durchgeführt wird, wobei der Werkstoff zunächst durch Heiß-Strangpressen in seinem Querschnitt in einem ersten Temperaturbereich (T₁) reduziert wird und danach in einem zweiten Temperaturbereich (T₂, T₃) nochmals durch Heiß-Strangpressen verformt wird, wobei sein Querschnitt wieder erweitert wird, dergestalt, daß er unmittelbar hinter der Matrize (10, 16) zu einer verhältnismäßig scharfkantigen Umlenkung und zu einem Fließen quer zur Strangpreßrichtung gezwungen wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung mit erhöhter Warmfestigkeit eine ausscheidungshärtbare aus übersättigter Schmelze durch extrem hohe Abkühlungsgeschwindigkeit hergestellte Hochtemperatur- Aluminiumlegierung oder eine oxyddispersionsgehärtete Magnesiumlegierung oder eine ausscheidungshärtbare oxyddispersionsgehärtete Kupferlegierung oder eine oxyddispersionsgehärtete Nickelbasis-Superlegierung ist.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung eine Hochtemperatur-Aluminiumlegierung ist und daß die erste Verformung im Temperaturbereich (T₁) von 360 bis 450°C mit einem Reduktionsverhältnis von 4 : 1 und die zweite, der Erweiterung des Querschnitts dienende Verformung im Temperaturbereich (T₂, T₃) von 200 bis 500°C mit einem Erweiterungsverhältnis von 1 : 2 bis 1 : 8 durchgeführt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite, der Erweiterung des Querschnitts dienende Verformung bei einer Temperatur (T₂, T₃) durchgeführt wird, die unterhalb der Temperatur (T₁) der ersten Verformung liegt.

10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite, der Erweiterung des Querschnitts dienende Verformung bei einer Temperatur (T₂, T₃) durchgeführt wird, die oberhalb der Temperatur (T₁) der ersten Verformung liegt.

11. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsreduktion der ersten Verformung und die Querschnittserweiterung der zweiten Verformung sich gerade aufheben, so daß das Produkt 1 wird und im Endeffekt das Werkstück den unveränderten Querschnitt des Rohlings aufweist.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der aus Querschnittsreduktion und Querschnittserweiterung bestehenden Verformung eine Querschnittsreduktion durch Strangpressen mit einem Reduktionsverhältnis von 4 : 1 bis 8 : 1 im Temperaturbereich (T₁) von 360 bis 450°C vorgeschaltet wird.

13. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Verformung unter hydrostatischem Druck oder unter Überlagerung von isostatischem Druck im Sinne eines kombinierten Strang- und heiß-isostatischen Pressens durchgeführt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Verformung gleichzeitig, jedoch örtlich getrennt in einer Strangpresse durchgeführt werden, die aus zwei Rezipienten (14, 19), einer dazwischen angeordneten Preßmatrize (16) und zwei Stempeln (15, 18) besteht, wobei letztere eine gleichsinnige Axialbewegung bezüglich der Mitte der Preßmatrize (16) ausführen.

15. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche 6 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohling (2) aus pulvermetallurgisch hergestellter Aluminiumlegierung kalt-isostatisch vorgepreßt und entgast oder kalt-isostatisch vorgepreßt, entgast und weiter kalt oder warm verdichtet ist.