DE4111509A1 - METHOD FOR PRODUCING EXTRUDED PROFILE PARTS - Google Patents

METHOD FOR PRODUCING EXTRUDED PROFILE PARTS

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Description

Die Erfindung befrifft ein Verfahren zum Herstellen von Strangpreßprofilteilen mit hoher Oberflächenverschleißfestig­ keit.The invention relates to a method for producing Extruded profile parts with high surface wear resistance speed.

Metallische Strangpreßprofilteile, beispielsweise Langfa­ brikate, werden im allgemeinen aus relativ weichen Knetlegierun­ gen wie Leichtmetallen, z. B. Aluminium, Kupfer usw., im Strang­ preßverfahren bei erhöhter Temperatur hergestellt.Metallic extruded profile parts, for example Langfa Briquates are generally made from relatively soft wrought alloys conditions such as light metals, e.g. As aluminum, copper, etc., in the strand Pressing process made at elevated temperature.

Für einige Anwendungsfälle, beispielsweise als Raupenprofi­ le und insbesondere Pistenraupenprofile, als Führungsschienen und Rohre, Hebel, Achsen und Trittleisten auf dem Gebiet der Kettenfahrzeuge und sonstiger Nutzfahrzeuge, auf dem Gebiet des Maschinenbaus und des Motorenbaus sowie als verschleißbe­ anspruchte Bauteile im Bauwesen und im Turbinen- und Ventilator­ bau weisen derartige Strangpreßprofilteile eine zu geringe Ver­ schleißbeständigkeit auf. For some applications, for example as a caterpillar professional le and in particular snow groomer profiles, as guide rails and tubes, levers, axles and treads in the field of Tracked vehicles and other commercial vehicles, in the field of Mechanical engineering and engine construction as well as wear stressed components in construction and in the turbine and fan Construction such extruded profile parts have too little Ver wear resistance.  

Um derartige Produkte an ihrer Oberfläche zu härten, werden üblicherweise chemische oder physikalische Verfahren wie bei­ spielsweise Anodisationsverfahren, galvanische Beschichtungsver­ fahren, Plasmasprühverfahren, physikalische und chemische Be­ dampfungsverfahren und Pulverbeschichtungsverfahren angewandt.In order to harden such products on their surface usually chemical or physical processes like in for example anodization processes, galvanic coating processes driving, plasma spraying, physical and chemical loading vaporization process and powder coating process applied.

Weiterhin ist es bekannt, derartige Strangpreßprofilteile massiv, d. h. vollständig aus Aluminiumlegierungen, die homogen mit feinen Keramik- oder Glasteilchen durchsetzt sind, d. h. aus teilchenverstärkten Aluminiummatrix-Verbundwerkstoffen herzu­ stellen, die gegenüber anderen Metallen, Kunststoffen, Gläsern und natürlichen sowie technischen Keramiken eine hohe Ver­ schleißfestigkeit haben. Derartige Aluminiummatrix-Verbundwerk­ stoffe haben gleichfalls eine hohe Beständigkeit gegenüber einer erosiven Beanspruchung durch verschiedenste Stoffe.Furthermore, it is known, such extruded profile parts massive, d. H. Made entirely of aluminum alloys that are homogeneous are interspersed with fine ceramic or glass particles, d. H. out particle-reinforced aluminum matrix composites make that compared to other metals, plastics, glasses and natural and technical ceramics have a high ver have wear resistance. Such aluminum matrix composite fabrics also have a high resistance to one erosive stress from various substances.

Aluminiummatrix-Verbundwerkstoffe, die weiterhin mit Kohle­ oder Graphitteilchen bzw. Kohle- oder Graphitkurzfasern versetzt sind, haben darüber hinaus gute Gleiteigenschaften. Die Ver­ schleißfestigkeit bzw. diese Gleiteigenschaften können auf den Verschleißpartner einerseits durch die Wahl der in die Alumini­ ummatrix eingebetteten Komponente abgestimmt werden und können andererseits durch eine entsprechende Einstellung der Größenver­ teilung und der Form der Verstärkungskomponente gewählt werden.Aluminum matrix composites that continue with coal or graphite particles or carbon or graphite short fibers are also good sliding properties. The Ver wear resistance or these sliding properties can affect the Wear partner on the one hand through the choice of in the alumini ummatrix embedded component can be matched on the other hand by an appropriate adjustment of the size ver division and the shape of the reinforcing component can be selected.

Teilchenverstärkte Aluminiummatrix-Verbundwerkstoffe errei­ chen jedoch im allgemeinen nicht die hohen mechanischen Kenn­ werte hoch und höchst fester Aluminiumlegierungen, sie haben eine geringere Duktilität und Bruchzähigkeit sowie eine vermin­ derte thermische und elektrische Leitfähigkeit.Particle reinforced aluminum matrix composites However, in general, the high mechanical characteristics are not high and extremely strong aluminum alloys, you have a lower ductility and fracture toughness as well as a min thermal and electrical conductivity.

Es ist weiterhin bekannt, Langfabrikate aus Werkstoffver­ bunden durch Koextrusion der zu verbindenden Werkstoffe zu er­ zeugen.It is also known to make long products from material ver bound by coextrusion of the materials to be joined testify.

Die Verfahren der Beschichtung von Metallprofilteilen mit anderen Stoffen, insbesondere mit chemischen Verbindungen kera­ mischer Art liefern Produkte, die spröde und gegenüber schlag­ artigen mechanischen Beanspruchungen und gegenüber plastischen Verformungen empfindlich sind. Die im allgemeinen stark unter­ schiedlichen Temperaturausdehnungs-Koeffizienten der beteiligten Materialien, d. h. des metallischen Körpers einerseits und der Beschichtung andererseits, führen darüber hinaus bei Temperatur­ schwankungen zu hohen lokalen mechanischen Spannungen und damit oftmals zum Abplatzen der Beschichtung.The process of coating metal profile parts with other substances, especially with chemical compounds kera  Mixer type deliver products that are brittle and impact like mechanical stresses and plastic Deformations are sensitive. The generally heavily below different coefficients of thermal expansion of those involved Materials, d. H. of the metallic body on the one hand and the Coating, on the other hand, also result in temperature fluctuations to high local mechanical stresses and thus often to flake off the coating.

Da jedes Beschichtungsverfahren einen zusätzlichen Herstel­ lungsschritt darstellt, der im allgemeinen kostenintensiv ist, ist die Beschichtung der Metallkörper zur Erzielung bestimmter Oberflächeneigenschaften darüber hinaus vom ökonomischen Stand­ punkt aus ungünstig.Since each coating process has an additional manufac step, which is generally costly, is the coating of the metal body to achieve certain Surface properties also from the economic standpoint point from unfavorable.

Mechanische Nachbearbeitungen an beschichteten Produkten sind weiterhin nur sehr begrenzt möglich, da die Schichtdicken infolge der Auftragsverfahren und der Haftungsgrenzen auf Gro­ ßenordnungen von 1/10 mm beschränkt sind.Mechanical post-processing on coated products are still only possible to a very limited extent because of the layer thicknesses due to the order process and the liability limits to Gro orders of 1/10 mm are limited.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht daher darin, ein Verfahren zum Herstellen von Strangpreßprofilteilen mit hoher Oberflächenverschleißfestigkeit zu schaffen, mit dem Strangpreßprofilteile mit einerseits hohen mechanischen Kenn­ werten und andererseits mit den gewünschten Oberflächeneigen­ schaften in einem Arbeitsgang hergestellt werden können.The object underlying the invention is therefore therein a method of manufacturing extruded sections with high surface wear resistance, with which Extruded profile parts with a high mechanical characteristic value and on the other hand with the desired surface properties can be produced in one operation.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß ein Verbundstrangpreßbolzen aus einem Bolzenkern in Form eines monolithischen Metallkörpers und wenigstens einem in den Bolzen­ kern eingebetteten Metallmatrix-Verbundkörper gebildet und an­ schließend wärmebehandelt und stranggepreßt wird.This object is achieved according to the invention in that a composite extrusion bolt from a bolt core in the form of a monolithic metal body and at least one in the bolt core embedded metal matrix composite body formed and attached is then heat treated and extruded.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die gewünschte Oberflächenverschleißfestigkeit dadurch erzielt, daß beim Strangpressen des Verbundstrangpreßbolzens eine Oberflächen­ schicht aus dem Material des Metallmatrix-Verbundkörpers ausge­ bildet wird. Das erfolgt im Arbeitsgang des formgebenden Strang­ pressens, ohne daß nach dem Stranggpressen ein zusätzlicher Herstellungsschritt erforderlich ist.In the method according to the invention, the desired Surface wear resistance achieved in that Extrusion of the composite extrusion bolt a surface layer made of the material of the metal matrix composite body is forming. This takes place in the forming strand  pressing without an additional one after the extrusion Manufacturing step is required.

Besonders bevorzugte Ausbildungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 7.Particularly preferred training and further education of the The inventive method are the subject of claims 2 to 7.

Gegenstand der Erfindung ist weiterhin ein Verbundstrang­ preßbolzen zur Verwendung bei dem erfindungsgemäßen Verfahren gemaß Anspruch 8.The invention further relates to a composite strand press studs for use in the method according to the invention according to claim 8.

Im folgenden werden an Hand der zugehörigen Zeichnung be­ sonders bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben.In the following be with reference to the accompanying drawing particularly preferred embodiments of the invention in more detail described.

Die einzige Figur der Zeichnung zeigt Längsschnitt-Ansich­ ten von verschiedenen Strangpreßbolzen zur Verwendung bei dem erfindungsgemäßen Verfahren sowie Profil-Querschnittsansichten der mit diesen Strangpreßbolzen hergestellten Profilteile.The only figure in the drawing shows a longitudinal section of various extrusion bolts for use in the inventive method and profile cross-sectional views of the profile parts produced with these extrusion bolts.

Wie es in der Zeichnung dargestellt ist, werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen von Strangpreßprofil­ teilen aus Leichtmetallegierungen, beispielsweise aus Alumini­ umlegierungen zunächst Verbundstrangpreßbolzen (1) hergestellt, die je nach den geometrischen und mechanischen Anforderungen der Endprodukte, beispielsweise aus einem Bolzenkern (2) in Form eines monolithischen Metallkörpers aus einer herkömmlichen Knet­ legierung, der den Profilkörper (3) bildet, beispielsweise aus einer Aluminiumlegierung des Typs 1xxx, 2xxx, 3xxx, 5xxx, 6xxx, 7xxx und einem Matrixmetall-Verbundkörper (4) bestehen, der in den Bolzenkern eingebettet ist und aus einem Matrix-Verbundwerk­ stoff, beispielsweise einem Aluminiummatrix-Verbundwerkstoff besteht, der die für das fertige Produkt gewünschten Oberflä­ cheneigenschaften hat. Der Metallmatrix-Verbundwerkstoff kann keramische Verstärkungen oder Graphitverstärkungen in Teilchen­ oder Kurzfaserform enthalten.As shown in the drawing, in the method according to the invention for the production of extruded profile parts from light metal alloys, for example aluminum alloys, first composite extrusion bolts ( 1 ) are produced which, depending on the geometric and mechanical requirements of the end products, for example from a bolt core ( 2 ) in the form of a monolithic metal body made of a conventional wrought alloy that forms the profile body ( 3 ), for example made of an aluminum alloy of the type 1xxx, 2xxx, 3xxx, 5xxx, 6xxx, 7xxx and a matrix metal composite body ( 4 ), which are in the bolt core is embedded and consists of a matrix composite material, for example an aluminum matrix composite material, which has the surface properties desired for the finished product. The metal matrix composite can contain ceramic reinforcements or graphite reinforcements in particles or short fiber form.

Die Teile des Strangpreßbolzens, d. h. der Kern (2) sowie der Verbundkörper (4) werden getrennt gefertigt und so zusammen­ gefügt, daß der kombinierte Verbundstrangpreßbolzen (1) wärmebe­ handelt und in eine herkömmliche Strangpreßanlage eingebracht werden kann. Durch den Strangpreßvorgang, der dem normalen Strangpressen für Profilteile aus monolithischen Knetlegierungen entspricht, ergibt sich ein Endprodukt, d. h. ein Profilteil mit der in der Zeichnung dargestellten örtlichen oder peripheren Randverstärkung (5). Dabei wird die sogenannte tote Zone vor dem Strangpreßwerkzeug ausgenutzt, in der der Randbereich des Strangpreßbolzens sich verwirbelt und staut, so daß sein Materi­ al über dem Strangpreßprofilteil verschmiert wird.The parts of the extrusion bolt, ie the core ( 2 ) and the composite body ( 4 ) are manufactured separately and joined together in such a way that the combined composite extrusion bolt ( 1 ) deals with heat and can be introduced into a conventional extrusion system. The extrusion process, which corresponds to normal extrusion for profile parts made of monolithic wrought alloys, results in an end product, ie a profile part with the local or peripheral edge reinforcement ( 5 ) shown in the drawing. The so-called dead zone in front of the extrusion tool is used, in which the edge region of the extrusion billet swirls and jams, so that its materi al is smeared over the extruded profile part.

Das erfindungsgemäße Verfahren liefert somit Strangpreß­ profilteile, deren Oberflächen durch den Aluminiummatrix-Ver­ bundwerkstoff vollständig oder an bestimmten Bereichen ver­ schleißfest sind, wobei die Eigenschaften des tragenden Profil­ kerns aus der rein metallischen Legierung insbesondere seine mechanischen Eigenschaften dem Endprodukt, d. h. dem gebildeten Profilteil erhalten bleiben.The method according to the invention thus provides extrusion profile parts, whose surfaces by the aluminum matrix Ver ver material completely or in certain areas are wear resistant, the properties of the load-bearing profile core of the purely metallic alloy, in particular its mechanical properties of the end product, d. H. the educated Profile part remain intact.

Das Strangpressen des Strangpreßbolzens aus den wenigstens zwei Werkstoffen, die den Kern und den wenigsten einen Verbund­ körper bilden, erfolgt direkt oder indirekt. Die geometrische Form dieses Verbunds richtet sich nach der Strangpreßtechnik, der Werkzeugart und -form, der Fließfähigkeit der Werkstoffe und der gewünschten geometrischen Form der Oberflächenbereiche, die die gewünschten Eigenschaften zeigen.The extrusion of the extrusion bolt from the least two materials that form the core and at least one composite Forming bodies takes place directly or indirectly. The geometrical The shape of this composite is based on the extrusion technology, the type and shape of the tool, the fluidity of the materials and the desired geometric shape of the surface areas that show the desired properties.

Die erzielbaren Schichtdicken sind dabei unbegrenzt und können den gesamten Querschnitt erfassen oder nur 1/10 mm stark sein. Die Oberflächenschichten können entlang des Umfanges eines Profils auch von 0 bis 100% des Querschnitts variieren.The achievable layer thicknesses are unlimited and can cover the entire cross-section or only 1/10 mm thick be. The surface layers can be circumferentially one Profile also vary from 0 to 100% of the cross section.

Da die Oberflächen- oder Verstärkungsschicht aus einem dem Werkstoff des Kernes angepaßten metallischen Matrix-Verbundwerk­ stoff mit dem Kern während des Strangpreßvorganges verschwei­ ßen, können mechanische Spannungen an der Grenzfläche abgebaut werden und kann somit ein Abplatzen der Oberflächenschicht bei einer mechanischen und/oder thermischen Belastung vermieden werden. Das Material der Oberflächenschicht liefert darüber hinaus eine ausreichende Duktilität für eine weitere Verformung oder Schlagbeanspruchung des Profilteils.Since the surface or reinforcement layer from one of the Material of the core adapted metallic matrix composite Weld the fabric to the core during the extrusion process mechanical stresses at the interface can be reduced and can thus cause the surface layer to flake off  a mechanical and / or thermal load avoided will. The material of the surface layer provides about it sufficient ductility for further deformation or impact stress of the profile part.

Wie es in der Zeichnung dargestellt ist, kann die Oberflä­ chenschicht bei Hohlkammerprofilen sowohl innen als auch außen angebracht werden. Sie erhöht die Verschleißfestigkeit gegenüber allen Materialien, vermindert lokal die Wärmeausdehnung (je nach Schichtstärke) und erhöht die Steifigkeit des Profils, insbeson­ dere wenn Sie an der Außenseite angebracht ist. Weiterhin wird der Rißfortschritt durch die Verstärkungsschicht verzögert.As shown in the drawing, the surface layer in hollow chamber profiles both inside and outside be attached. It increases wear resistance compared to all materials, locally reduces the thermal expansion (depending on Layer thickness) and increases the rigidity of the profile, in particular if it is attached to the outside. Will continue the crack propagation is delayed by the reinforcement layer.

Wie es weiterhin im einzelnen in der Zeichnung dargestellt ist, können ein oder mehrere Verbundkörper in den Bolzenkern des Verbundstrangpreßbolzens eingebettet sein. Je nach Form des zu erzielenden Profilteils und der daran vorgesehenen Oberflächen­ oder Verstärkungsschicht kann der Verbundkörper über einen vor­ deren Teil in Axialrichtung, beispielsweise mit einer abschlie­ ßenden Stirnscheibe vorgesehen sein, wie es bei den von oben ersten beiden Beispielen in der Zeichnung der Fall ist, können mehrere ringförmige Verbundkörper zur Bildung von Innen- und Außenschichten bei Hohlprofilteilen vorgesehen sein, wie es beim dritten Beispiel von oben der Fall ist, kann ein achszentraler Verbundkörper koaxial über eine bestimmte Strecke zur Bildung eines innen verstärkten Hohlprofils in den Bolzenkern eingebet­ tet sein, wie es beim vierten Beispiel von oben der Fall ist, oder können ein oder mehrere Verbundkörper über bestimmte Strec­ ken in axialer Richtung über einen bestimmten Bereich des Quer­ schnittes des Verbundstrangpreßbolzens vorgesehen sein, wie es bei den beiden letzten Beispielen der Fall ist.As it is shown in detail in the drawing is, one or more composite bodies in the bolt core of the Composite extrusion pin to be embedded. Depending on the shape of the achieved profile part and the surfaces provided on it or the reinforcing layer, the composite body can have a front the part in the axial direction, for example with a final ß end plate can be provided, as in the above the first two examples in the drawing can several annular composite bodies for the formation of interior and Outer layers can be provided in hollow profile parts, as in third example from above is the case, an axis central Composite body coaxial over a certain distance to form an internally reinforced hollow profile embedded in the bolt core be, as is the case with the fourth example from above, or can one or more composite bodies over certain Strec ken in the axial direction over a certain area of the cross section of the composite extrusion bolt can be provided as it is the case with the last two examples.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren können serienmäßig Verbundstrangpreßprofilteile ohne zusätzliche nachträgliche Beschichtung und damit kostengünstig hergestellt werden. Die hohe Verschleißfestigkeit in Verbindung mit den leichten Werk­ stoffen des Kernes der Profile verlängert deren Einsatzdauer und vermindert deren bewegliche Masse und somit den Energieverbrauch beim bestimmungsgemäßen Einsatz. Durch die mechanischen und physikalischen Eigenschaften der Metallmatrix-Verbundwerkstoffe der Verstärkungs- oder Oberflächenschichten wird das Eigen­ schaftsprofil der gebildeten Strangpreßprofilteile verbessert.The method according to the invention can be used as standard Composite extruded profile parts without additional retrofit Coating and thus be produced inexpensively. The high wear resistance in connection with the light work  The core of the profiles extends their service life and reduces their movable mass and thus energy consumption when used as intended. Due to the mechanical and physical properties of the metal matrix composites the reinforcement or surface layers become their own Shaft profile of the extruded profile parts improved.

Claims (8)

1. Verfahren zum Herstellen von Strangpreßprofilteilen mit hoher Oberflächenverschleißfestigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß ein Verbundstrangpreßbolzen aus einem Bolzenkern in Form eines monolithischen Metallkörpers und wenigstens einem in den Bolzenkern eingebetten Metallmatrix-Verbundkörper gebildet und anschließend wärmebehandelt und stranggepreßt wird.1. A method for producing extruded profile parts with high surface wear resistance, characterized in that a composite extrusion bolt from a bolt core in the form of a monolithic metal body and at least one embedded in the bolt core metal matrix composite body is formed and then heat treated and extruded. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bolzenkern aus einer Knetlegierung gebildet wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the pin core is formed from a wrought alloy. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der Metallmatrix-Verbundkörper aus einem Aluminiumma­ trix-Verbundmaterial gebildet wird, das aus einer Aluminiumle­ gierung besteht, der homogen feine Glas- oder Keramikteilchen zugesetzt sind.3. The method according to claim 1 or 2, characterized net that the metal matrix composite body from an aluminum trix composite material is formed from an aluminum gation exists, the homogeneously fine glass or ceramic particles are clogged. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Aluminiummatrix-Verbundmaterial Kohle- oder Graphitteilchen oder-kurzfasern zugesetzt sind.4. The method according to claim 3, characterized in that the aluminum matrix composite material carbon or graphite particles short fibers are added. 5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß ein Metallmatrix-Verbundkörper örtlich begrenzt an der in Strangpressrichtung vorderen Stirnseite des Verbundstrangpreßbolzens vorgesehen wird.5. The method according to any one of the preceding claims characterized in that a metal matrix composite locally bounded on the front face of the extrusion direction Composite extrusion bolt is provided. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Metallmatrix-Verbundkörper im Ab­ stand voneinander in axialer Richtung des Verbundstrangpreßbol­ zens vorgesehen werden. 6. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized characterized in that several metal matrix composite bodies in Ab stood apart from each other in the axial direction of the composite extrusion bolt be provided.   7. Verfahren nach einem der Anspruche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Metallmatrix-Verbundkor­ per so vorgesehen wird, daß er nur einen Teil der Querschnitts­ fläche des Verbundstrangpreßbolzens einnimmt.7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized characterized in that the at least one metal matrix composite cor is provided so that it is only part of the cross section takes up the area of the composite extrusion bolt. 8. Verbundstrangpreßbolzen zur Verwendung bei dem Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Bolzenkern in Form eines monolithischen Metallkörpers und wenigstens einen, in den Bolzenkern eingebetteten Metallmatrix-Verbundkörper, der aus einem Material besteht, das eine hohe Verschleißfestigkeit hat.8. composite extrusion bolts for use in the process according to claim 1, characterized by a bolt core in the form a monolithic metal body and at least one in which Bolt core embedded metal matrix composite body made of a material that has a high wear resistance.
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