DE3928436C1

DE3928436C1 -

Info

Publication number: DE3928436C1
Application number: DE19893928436
Authority: DE
Inventors: Norbert Dr.-Ing. 5144 Wegberg De Dautzenberg; Viktor Dipl.-Ing. 4050 Moenchengladbach De Linnemann
Original assignee: Mannesmann AG
Current assignee: Vodafone GmbH
Priority date: 1989-08-24
Filing date: 1989-08-24
Publication date: 1991-04-18
Anticipated expiration: 2009-08-25
Also published as: EP0414332A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Blöcken und Profilen durch Strangpressen gemäß dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a method for producing blocks and Profiles by extrusion according to the generic term of Claim 1.

Bei einem derartigen Verfahren, wie es aus der DE 36 43 016 C1 bekannt ist, wird eine Stahlschmelze durch Wasserverdüsung in kleinste Partikel zerstäubt, die mit einer spratzigen Form erstarren. Dieses Stahlpulver wird zur Entfernung der die Einzelkörner umgebenden Oxidhaut einer reduzierenden Glühung im Vakuum mit festem Kohlenstoff als Reduktionsmittel unterzogen. Danach wird das Pulver zu scheibenförmigen Preßkörpern mit einer Dichte von mindestens 6 g/cm³ verpreßt. Die Preßkörper werden in einer Blechkapsel zu einem Vorformkörper für das Strangpressen übereinander geschichtet. Die Blechkapsel wird dann verschlossen und evakuiert, bevor sie nach Erwärmung in die Strangpresse eingesetzt und zu dem gewünschten Block oder Profil ausgepreßt wird. Der an dem Block oder Profil fest anhaftende Blechmantel der mitextrudierten Blechkapsel kann im Bedarfsfall durch mechanische oder chemische Bearbeitung (z. B. Drehen, Schleifen bzw. Beizen) leicht entfernt werden. In a method of this type, as is known from DE 36 43 016 C1, a molten steel is atomized by atomizing water into minute particles which solidify with a spattering shape. This steel powder is subjected to a reducing annealing in a vacuum with solid carbon as a reducing agent in order to remove the oxide skin surrounding the individual grains. The powder is then pressed into disk-shaped compacts with a density of at least 6 g / cm ³ . The pressed bodies are layered on top of one another in a sheet metal capsule to form a preform for extrusion. The sheet metal capsule is then closed and evacuated before being inserted into the extrusion press after heating and pressed to the desired block or profile. The sheet metal jacket of the extruded sheet metal capsule, which adheres firmly to the block or profile, can easily be removed if necessary by mechanical or chemical processing (e.g. turning, grinding or pickling).

Dieses Verfahren hat den Vorteil, daß Vorformkörper von praktisch beliebiger Länge hergestellt werden können, ohne daß es hierzu aufwendiger isostatischer Preßvorgänge bedarf. Zur Erzeugung der scheibenförmigen Preßkörper ist nämlich lediglich eine konventionelle Pulverpresse mit einem entsprechenden Preßwerkzeug erforderlich.This process has the advantage that preforms are practical any length can be made without this complex isostatic pressing processes required. To generate the disk-shaped compact is namely only a conventional one Powder press with an appropriate press tool required.

In der DE 36 43 016 C1 ist zwar ausgeführt, daß die Preßkörper auch aus Mischungen unterschiedlicher Stahlpulver gepreßt werden können. Es werden jedoch keinerlei Hinweise gegeben auf eine Herstellung von Blöcken oder Profilen, die aus Schichten unterschiedlicher Werkstoffe aufgebaut sind, wie dies z. B. bei innen- und/oder außenplattierten Rohren der Fall ist.In DE 36 43 016 C1 it is stated that the pressed body also Mixtures of different steel powders can be pressed. It however, no indications are given of the production of Blocks or profiles made of layers of different materials are built up like this B. with internally and / or externally plated Pipes is the case.

Zur Herstellung plattierter Rohre nach dem Strangpreßverfahren ist es bekannt, als Einsatzmaterial einen zusammengesetzten hohlen Vorformkörper zu verwenden, der aus einem zylindrischen Hohlblock aus dem Trägerwerkstoff und aus einem weiteren diesen umgebenden (im Falle der Außenplattierung) und/oder von diesem eingeschlossenen (im Fall der Innenplattierung) Hohlblock aus dem Plattierwerkstoff besteht. Die einzelnen Hohlblöcke werden durch Ausbohren von Vollblöcken, also in sehr aufwendiger Weise hergestellt. Damit die Oberfläche zwischen den Hohlblöcken nicht oxidiert und Fehlstellen im stranggepreßten Rohr hervorruft, werden die Spalten zwischen den Hohlblöcken jeweils stirnseitig zugeschweißt, bevor die Vorformkörper für das Strangpressen erwärmt werden. Da die Hohlblöcke grundsätzlich aus Einsatzmaterial hergestellt werden, das durch Gießen erzeugt wurde, sind verfahrensbedingte Werkstoffnachteile (z. B. Seigerungen, grobkörniges Gefüge) vielfach nicht zu vermeiden. It is for the production of clad pipes by the extrusion process known as a feedstock a composite hollow preform to use, which consists of a cylindrical hollow block from the Carrier material and from another surrounding it (in the case of External plating) and / or enclosed by it (in the case of Inner plating) Hollow block consists of the plating material. The individual hollow blocks are made by drilling out solid blocks, i.e. in manufactured in a very complex manner. So that the surface between the Hollow blocks not oxidized and defects in the extruded tube causes the gaps between the hollow blocks each welded on the end face before the preform for extrusion be heated. Since the hollow blocks are basically made of feed material which are produced by casting process-related material disadvantages (e.g. segregations, coarse-grained Structure) often unavoidable.

Aus der US 43 53 155 C1 ist die Herstellung eines Gleitlagers aus einem aus zwei Metallpulverwerkstoffen gepreßten und gesinterten Schichtverbundkörper bekannt. Hierbei besteht aber keine Möglichkeit, die unterschiedlichen Materialschichten in gleichem Maße und auf möglichst hohen Wert zu verdichten.From US 43 53 155 C1 is the manufacture of a plain bearing one pressed and sintered from two metal powder materials Layered composite body known. But there is none Possibility of using different layers of material in the same To compress dimensions and to the highest possible value.

Schließlich ist aus der DE-OS 22 62 400 noch ein schrittweises isostatisches Pressen für mehrschichtige Formkörper mit vollem oder hohlem Querschnitt bekannt, daß aber - verglichen mit dem nachfolgend beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren - außerordentlich aufwendig ist.Finally, from DE-OS 22 62 400 is a step by step Isostatic pressing for multi-layer molded articles with full or hollow cross section known, but that - compared to the process according to the invention described below - is extremely expensive.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, das die Herstellung von Blöcken und Profilen aus Stahl ermöglicht, die auf der inneren Oberfläche (bei Hohlprofilen) und/oder der äußeren Oberfläche oder auf Teilen dieser Oberflächen mit einem andersgearteten Werkstoff plattiert sind. Das Verfahren soll dabei Werkstoffeigenschaften gewährleisten, wie sie vielfach nur auf pulvermetallurgischem Wege erzielbar sind, d. h. es soll insbesondere ein seigerungsfreies feinkörniges Gefüge im extrudierten Block oder Profil sichergestellt sein.The object of the invention is to provide a method which Production of blocks and profiles made of steel allows on the inner surface (for hollow profiles) and / or the outer surface or on parts of these surfaces with a different type of material are plated. The process aims at material properties guarantee, as they are often only by powder metallurgy are achievable, d. H. in particular, it is said to be an auction-free one fine-grained structure ensured in the extruded block or profile be.

Gelöst wird diese Aufgabe durch ein gattungsgemäßes Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Dieses Verfahren ist durch die Merkmale der Unteransprüche 2 bis 5 in vorteilhafter Weise ausgestaltbar. This task is solved by a generic method with the Features of claim 1. This method is characterized by the features of subclaims 2 to 5 can be configured in an advantageous manner.

Vorteilhaft im Hinblick auf den Handhabungsaufwand und auf die Einhaltung gleicher Formteilhöhen und Dichte der Preßkörper ist es, die scheibenförmigen Preßkörper einstückig, d. h. als Schichtverbundkörper zu erzeugen. Hierzu kann eine Preßtechnik angewendet werden, wie sie in der nicht vorveröffentlichten Patentanmeldung DE-P 39 17 277.5 der Anmelderin für die Herstellung von Sinterteilen, die als Verbundkörper aus unterschiedlichen Pulverwerkstoffen gebildet werden, beschrieben ist. Dieses Verfahren wird im folgenden anhand der Fig. 1 bis 6, die die verschiedenen Phasen des Preßzyklus an einem scheibenförmigen Preßkörper anhand von Schnittbildern des Preßwerkzeugs zeigen, näher beschrieben. Der erzeugte Preßkörper ist ein Hohlzylinder, der überwiegend aus einem Grundwerkstoff besteht, welcher als Trägerwerkstoff für das daraus zu erzeugende Stahlrohr anzusehen ist. Der Preßkörper weist eine äußere Mantelschicht aus einem hochwertigen Pulvermetall auf, das die Plattierschicht des Stahlrohres bilden soll. With regard to the effort involved in handling and maintaining the same molded part heights and density of the pressed bodies, it is advantageous to produce the disk-shaped pressed bodies in one piece, ie as a layered composite body. For this purpose, a pressing technique can be used, as described in the applicant's unpublished patent application DE-P 39 17 277.5 for the production of sintered parts which are formed as composite bodies from different powder materials. This method is described in more detail below with reference to FIGS . 1 to 6, which show the various phases of the pressing cycle on a disk-shaped pressing body using sectional images of the pressing tool. The pressed body produced is a hollow cylinder which mainly consists of a base material which is to be regarded as a carrier material for the steel pipe to be produced therefrom. The press body has an outer jacket layer made of a high-quality powder metal, which is to form the cladding layer of the steel tube.

Die nachstehend beschriebene Verfahrensfolge basiert auf dem sogenannten Gegenpreßverfahren. Selbstverständlich kann dieses Verfahren in entsprechend abgewandelter Form auch nach dem sogenannten Matrizenabziehverfahren durchgeführt werden.The sequence of procedures described below is based on the so-called Counterpressure process. Of course, this procedure can be done in correspondingly modified form also after the so-called Die removal processes are carried out.

In Fig. 1 ist die Füllstellung für die Einfüllung des Grundwerkstoffs 5, der den überwiegenden Teil des scheibenförmigen Verbundformkörpers ausmacht, dargestellt. Während sich der innere Unterstempel 4 in seiner unteren Füllstellung befindet, steht der äußere Unterstempel 3 ebenso wie der zylindrische Kern 2 mit seiner oberen Stirnfläche bündig zur Oberkante der Matrize 1 des Preßwerkzeugs.In Fig. 1, the filling position for filling the base material 5 , which makes up the majority of the disc-shaped composite molded body, is shown. While the inner lower punch 4 is in its lower filling position, the outer lower punch 3 is just like the cylindrical core 2 with its upper end face flush with the upper edge of the die 1 of the pressing tool.

Daher kann ein nicht dargestelltes Füllsystem in bekannter Weise über den zwischen dem Kern 2 und dem äußeren Unterstempel 3 gebildeten Füllraum hinwegfahren und den Füllraum oberflächenbündig mit dem Grundwerkstoff 5 füllen. Danach wird, während die Matrize 1, der äußere Unterstempel 3 und der Kern 2 ortsfest bleiben, der Unterstempel 4 ein wenig abgesenkt, um den inneren Oberstempel 7 (Fig. 2) herunterzufahren und oben in den Formraum eintauchen zu lassen. Danach werden die Stempel 4 und 7 gleichmäßig gegensinnig in den eingefüllten Grundwerkstoff 5 hineingepreßt, um diesen soweit zu verdichten, daß ein ausreichend formstabiler Teilformkörper 5 entsteht, der nicht mehr zerbricht, wenn der äußere Unterstempel 3, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist, nach unten abgezogen wird, um in seine Füllstellung zu gelangen. Der Teilformkörper 5 wird dabei mit seiner oberen Stirnfläche bündig zur Stirnfläche der Matrize 1 gefahren. Zwischen der Matrize 1 und der äußeren Mantelfläche des Teilformkörpers 5 sowie des bündig darunter stehenden inneren Unterstempels 4 ist hierdurch ein zweiter Füllraum entstanden, der mittels eines zweiten, ebenfalls nicht dargestellten Füllsystems mit einem hochwertigen Pulverwerkstoff 8 für die vorgesehene Plattierung oberflächenbündig gefüllt wird. Therefore, a filling system, not shown, can move in a known manner over the filling space formed between the core 2 and the outer lower punch 3 and fill the filling space with the base material 5 flush with the surface. Thereafter, while the die 1 , the outer lower punch 3 and the core 2 remain stationary, the lower punch 4 is lowered a little in order to lower the inner upper punch 7 ( FIG. 2) and to immerse it in the mold space at the top. Thereafter, the punches 4 and 7 are pressed evenly in opposite directions into the filled base material 5 in order to compress it to such an extent that a sufficiently dimensionally stable partial molded body 5 is produced which no longer breaks when the outer lower punch 3 , as shown in FIG. 3, is pulled down to get to its filling position. The molded part 5 is moved with its upper end face flush with the end face of the die 1 . Between the die 1 and the outer circumferential surface of the molded part 5 and the inner lower punch 4 which is flush below it, a second filling space has been created which is filled with a high-quality powder material 8 for the intended cladding by means of a second filling system, also not shown.

Danach werden die beiden Unterstempel 3 und 4 gemeinsam geringfügig abgesenkt, um die beiden Oberstempel 6 und 7 in die Öffnung der Matrize eintauchen zu lassen. Anschließend wird der äußere Unterstempel 3 nach oben gefahren, bis er bündig mit dem Unterstempel 4 steht, so daß der Pulverwerkstoff 8 etwa die gleiche Vorverdichtung erfährt wie der Grundwerkstoff 5 (Fig. 4). Dann erst wird die Endverdichtung des Preßkörpers vorgenommen (Fig. 5), bis der Preßkörper die Dichte erreicht hat, die für das abschließende Strangpreßverfahren gewünscht wird. Hierzu werden die beiden Oberstempel 6 und 7 und die beiden Unterstempel 3 und 4 bei stillstehender Matrize und unbewegtem Kern 2 bis in die Preßendstellung gegeneinander gefahren. Nach Zurückziehen der beiden Oberstempel 6 und 7 werden die Matrize 1 und der Kern 2 gemeinsam bei stillstehenden Unterstempeln 3 und 4 nach unten abgezogen, so daß der gebildete scheibenförmige Preßkörper 5, 8 freigelegt wird. Dieser kann dann als Verbundformkörper problemlos in der beschriebenen Weise mit anderen Preßkörpern in einer Blechkapsel aufeinander gestapelt werden.Thereafter, the two lower punches 3 and 4 are jointly slightly lowered to allow the two upper punches 6 and 7 to dip into the opening of the die. The outer lower punch 3 is then moved upwards until it is flush with the lower punch 4 , so that the powder material 8 undergoes approximately the same pre-compression as the base material 5 ( FIG. 4). Only then is the compression of the compact carried out ( FIG. 5) until the compact has reached the density which is desired for the final extrusion process. For this purpose, the two upper punches 6 and 7 and the two lower punches 3 and 4 are moved against one another with the die at rest and the core 2 not moving until the final pressing position. After withdrawing the two upper punches 6 and 7 , the die 1 and the core 2 are pulled down together with the lower punches 3 and 4 stationary, so that the disk-shaped pressing body 5, 8 formed is exposed. This can then easily be stacked on top of one another in a sheet metal capsule as a composite molded body in the manner described.

Das geschilderte Verfahren kann selbstverständlich auch mit zahlreichen Abwandlungen ausgeführt werden. So können beispielsweise die beiden Oberstempel 6 und 7 auch zu einem einzigen Oberstempel zusammengefaßt sein. In diesem Fall wäre zur Erzeugung des Teilformkörpers 5 während der Vorverdichtung der äußere Unterstempel 3 mit dem auf ihn stoßenden Oberstempel 6, 7 nach unten zu bewegen.The described method can of course also be carried out with numerous modifications. For example, the two upper stamps 6 and 7 can also be combined into a single upper stamp. In this case, the outer lower punch 3 with the upper punch 6, 7 striking it would have to be moved downward to produce the partial shaped body 5 during the pre-compression.

Um bei dem Plattierwerkstoff 8 ebenso wie bei dem Grundwerkstoff 5 eine möglichst gleichmäßige Vorverdichtung zu erzielen, könnte vor Beginn der Vorverdichtung nach Eintauchen der Oberstempel 6 und 7 in die Matrize 1 zunächst der Oberstempel 7 gemeinsam mit dem Unterstempel 4 und ggf. gemeinsam mit dem Kern 2 nach unten gefahren werden, bis der zwangsläufig mitgenommene Formteilkörper 5 eine symmetrische Höhenlage zur Pulversäule 8 erreicht hat. Hierdurch wird sichergestellt, daß der Oberstempel 6 um den gleichen Weg in den Pulverwerkstoff 8 hineinbewegt wird wie der Unterstempel 3. In order to achieve as uniform a pre-compaction as possible with the plating material 8 as well as with the base material 5 , the upper stamp 7 together with the lower stamp 4 and possibly together with the core could first be inserted after the upper stamps 6 and 7 have been immersed in the die 1 2 are moved downwards until the molded body 5 which is inevitably taken along has reached a symmetrical height position with respect to the powder column 8 . This ensures that the upper punch 6 is moved into the powder material 8 in the same way as the lower punch 3 .

Das vorstehend für die Herstellung von Stahlrohren mit kreisförmigem Querschnitt beschriebene Verfahren läßt sich in sinngemäßer Abwandlung ohne weiteres auch auf die Herstellung von eckigen Rohren oder sonstigen geschlossenen Profilen sowie auch offene Profile und auch auf Blöcke mit geschlossenem Profil anwenden. Es ist ohne weiteres möglich, den Plattierwerkstoff so in den Preßkörpern anzuordnen, daß nach dem Strangpressen des daraus hergestellten Vorformkörpers der Plattierwerkstoff nur an bestimmten Stellen der Oberfläche des erzeugten Profils erscheint.The above for the manufacture of steel pipes with circular The process described in cross section can be modified in a corresponding manner without further ado on the production of angular pipes or other closed profiles as well as open profiles and also on blocks with Apply closed profile. It is easily possible that Arrange plating material in the compacts that after Extrusion of the preform made therefrom Plating material only at certain points on the surface of the generated profile appears.

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Blöcke und Profile weisen eine vollständig porenfreie Struktur auf. Die Übergänge zwischen den einzelnen Teilen der ursprünglichen Preßkörper und die Übergänge zwischen den übereinander gestapelten Preßkörpern sind in dem stranggepreßten Produkt nicht mehr als Trennstellen erkennbar, sondern zeigen einen vollständig homogenen Verbund. Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt es, Vorformkörper für die Herstellung von als Verbundformkörper ausgebildeten Strangpreßprodukten in nahezu beliebiger Größe aus pulverförmigem Ausgangsmaterial zu erzeugen, ohne daß es dazu aufwendiger apparativer Einrichtungen bedarf.The blocks and produced by the inventive method Profiles have a completely non-porous structure. The transitions between the individual parts of the original compact and the Transitions between the stacked compacts are in the extruded product no longer recognizable as separation points, but show a completely homogeneous composite. The invention Process allows preforms for the production of as Composite molded articles formed extruded products in almost any Generate size from powdered raw material without it requires complex equipment.

Claims

1. Process for the production of blocks or profiles by extrusion of heated preforms from at least one steel powder, which is produced by water atomization of a steel melt, subjected to a reducing annealing and then compacted into disc-shaped compacts with a density of at least 6 g / cm ³ , the Preform bodies are formed in such a way that the pressed bodies corresponding in their disc shape to the cross-sectional shape of the preform body are stacked up to a desired height in a sheet metal capsule, that the sheet metal capsule is then closed and evacuated and that, if necessary, the extrudate formed by the elongated sheet metal capsule Sheathing is processed from the block or profile, characterized in that for the production of clad blocks and profiles, pressed bodies in the form of composite layers are used which are in the desired plating zone Corresponding areas are formed from the plating material, that a press tool with a die and with upper and lower punches is used to produce the pressed body, the mold space of which is divided into horizontally adjacent areas according to the desired material layering, to be opened, filled and compressed individually that in a first step only one area or more areas of the molding space which are not immediately adjacent are filled with the respective powder material (s) and precompressed until shape stability is achieved, that in a second or possibly further step the area or areas not yet filled of the molding space are filled with the respective powder material and pre-compressed in a corresponding manner and that a common final compression of all areas of the pressed body to the density desired for the final extrusion then takes place in the pressing tool.

2. The method according to claim 1, characterized, that pressed bodies are used for the production of hollow profiles, which have a perforation, and that the sheet metal capsule used with an inner jacket corresponding to the perforation is provided.

3. The method according to claim 2, characterized, that for the production of externally clad hollow profiles are used, on the outer circumference of a ring closed layer of the plating material is arranged.

4. The method according to claim 3, characterized, that for the production of internally clad hollow profiles are used, a ring-shaped around the perforation closed layer of the plating material is arranged.

5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized, that the compacts are sintered before extrusion.