DE4341281C1

DE4341281C1 - Verfahren zum Herstellen von Teilen durch superplastisches Verformen

Info

Publication number: DE4341281C1
Application number: DE4341281A
Authority: DE
Inventors: Tung-Han Chuang; Jiing-Shin Shyu
Original assignee: SHYU JIING SHIN
Current assignee: National Science Council
Priority date: 1993-11-15
Filing date: 1993-12-03
Publication date: 1994-12-15
Anticipated expiration: 2013-12-04
Also published as: US5449109A

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren zum Herstellen von Teilen durch superplastisches Verformen.

"Superplastizität" bezeichnet das Phänomen, daß einige Mate rialien, wenn sie einer bestimmten Dehngeschwindigkeit bei einer bestimmten Temperatur unterworfen werden, sehr hohe Zugstreckung und gesteuertes Dünnerwerden ohne Brechen oder Einschnüren zeigen. Zu Materialien mit "Superplastizität" gehören Legierungen auf Grundlage von Titan, Aluminium, Kupfer, Eisen und Nickel. Zum Beispiel sind die Legierungen Ti6Al4V und Ti6A16B2Sn superplastische Materialien, die in großem Umfang als Flugzeugmaterialien verwendet wurden. Auch Al-Zn- Mg-Legierungen und Al-Li-Legierungen sind superplastische Materialien, die nun die Aufmerksamkeit der Luftfahrtindustrie auf sich ziehen. Es wurde schnell eine große Anzahl superplastischer Materialien entwickelt. Auf dem in Osaka, Japan, im Juni 1991 abgehaltenen "International Symposium on superplasticity on top materials" wurde berichtet, daß viele Materialien ein schließlich Metallen, Nichtmetallen, Metallverbundwerkstoffen, Baukeramiken, Hochtemperatursupraleiter-Keramiken und Keramikverbundwerkstoffen Superplatizität aufweisen.

Techniken mit superplastischer Verformung, die aus der Super plastizität ausgewählter Materialien Nutzen ziehen, weisen viele Vorteile auf, zu denen die folgenden gehören: sehr komplexe Formen und tiefgezogene Teile können auf einfache Weise hergestellt werden, und es ist weniger Energie dazu erforderlich, die superplastische Verformung auszuführen, und zwar aufgrund der kleinen Verformungsspannungen beim Verformen, wodurch auch die Werkzeugverformung und -abnutzung minimiert wird. Angesichts der genannten Vorteile wird davon ausgegangen, daß superplastisches Verformen die geeignetste Verarbeitung für Legierungen auf Grundlage von Titan ist, die auf herkömmliche Weise durch bekannte Verfor mungstechniken nur schwer zu bearbeiten sind.

In den US-Patenten 4,181,000; 4,354,369; 3,340,101 und 3,595,060 sind Verfahren zum superplastischen Verformen von Metallhalbzeugen offenbart, bei denen Inertgase, z. B. Argongas, dazu verwendet werden, eine Fließdruckbelastung zwischen Metallhalbzeuge zu legen, wenn superplastisches Verformen ausgeführt wird. Der Druck des Argons beträgt un gefähr (7 bis 21)×10⁵ Pa. Im US-Patent 4,045,986 ist ein Verfahren zum superplastischen Verformen eines superplastischen Legierungsblechs in einen Körper mit im wesentlichen gleichmäßiger Wanddicke beschrieben. Beim Verfahren wird Argongas dazu verwendet, ein am Umfang eingeklemmtes Blech gegen eine Hohlformfläche zu drücken, um eine Vorform zu bilden, die teilweise blasenartig ist, wobei dann ein Stempel von der anderen Seite an das Blech gelegt und Druck in umgekehrter Richtung angelegt wird, um dafür zu sorgen, daß die Vorform die Form des Stempels annimmt. Das US-Patent 3,920,175 offenbart ein Verfahren zum Herstellen einer Metallstruktur durch superplastisches Verformen von Metallen unter gleichzeitiger Herstellung einer Diffusionsverbindung. Auch bei diesem Verfahren wird ein Inertgas verwendet.

Wie vorstehend erörtert, beinhalten herkömmliche Verfahren für superplastische Verformung die Verwendung teuren und hochreinen Argongases zum Erzeugen von Druck an eine Seite des superplastisch zu verformenden Metallteils. Dies erfordert Rohre, Strömungseinstelleinrichtungen und Vorrichtungen zur Druckerzeugung, was die Schwierigkeiten bei der Kon struktion der Werkzeug- und der Werkstückstruktur erhöht.

Darüber hinaus hat Messerschmitt-Bölkow-Blohm (MBB) ein stempelloses Verfahren für superplastische Verformung dazu ausgenutzt, hohlkugelige Körper herzustellen. Bei diesem Verfahren wird eine Platte aus der Legierung Ti6Al4V in zwei Plattenhalbzeuge zerschnitten, wobei das eine Plattenhalbzeug mit einem Loch zum Anschließen eines Rohrstücks versehen ist; die Ränder der zwei Plattenhalbzeuge werden durch Schweißen miteinander verbunden, und dann werden sie auf eine Temperatur von 925°C aufgeheizt, während langsam Argongas durch das Rohrstück eingeleitet wird. Hohlkugelige Körper werden daher ohne Verwendung eines Stempels geformt. Diese Technik wurde kommerziell verwertet.

Das vorstehend genannte stempellose, superplastische Verformen verwendet immer noch teures Argongas und erfordert es, daß Rohrstücke an ein Plattenhalbzeug angeschweißt werden, um das Argongas einzuleiten. Die fertiggestellten Kugelkörper sind daher nicht vollkommen kugelig, was manchmal zu einer nicht hinnehmbaren Verformung führt, wenn sie als Bau komponenten hoher Genauigkeit verwendet werden sollen. Ferner erhöht das Anschweißen der Rohrstücke für das Argongas und das Abtrennen derselben nach dem superplastischen Verformen un vermeidlicherweise die Herstellkosten.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum superplastischen Verformen anzugeben, das ohne Argongas und ohne eine zugehörige Gasversorgungsanlage auskommt.

Diese Aufgabe wird durch die Verfahren der nebengeordneten Patentansprüche 1, 4 und 9 gelöst.

Kurz gesagt wird erfindungsgemäß ein Material, das in der Lage ist, bei einer zum superplastischen Verformen erforderlichen Temperatur einen Gasdruck von (34 bis 210)×10⁴ Pa zu erzeugen, in einem von Halbzeugen oder einem Halbzeug und einem Formwerkzeug umschlossenen, abgedichteten Raum angeordnet, um superplastische Verformung herbeizuführen. Die Halbzeuge werden durch die Zugspannung verformt, die durch den hohen Gasdruck entsteht. Beim Verfahren kann gleichzeitig eine Diffusions verbindung hergestellt werden, um eine Metallstruktur aus mehreren Werkstücken zu erhalten, und es kann auch dazu verwendet werden, genau kugelige Hohlkörper durch ein stempelloses Verfahren herzustellen.

Die Erfindung wird im einzelnen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, in denen:

Fig. 1a bis Fig. 1c schematische Darstellungen sind, die das superplastische Verformen eines Metallhalbzeugs gemäß einer Ausführungsform der Erfindung veranschaulichen;

Fig. 2a bis Fig. 2d schematische Darstellungen sind, die das superplastische Verformen eines Metallhalbzeugs gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulichen;

Fig. 3a bis Fig. 3c schematische Darstellungen sind, die ein Metallhalbzeug zeigen, das gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung superplastisch verformt und gleichzeitig durch eine Diffusionsverbindung mit einer Verstärkungsplatte verbunden wurde;

Fig. 4a bis Fig. 4c schematische Darstellungen sind, die zwei Plattenhalbzeuge zeigen, die gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung superplastisch zu einem Kugelkörper verformt wurden;

Fig. 5a bis Fig. 5c schematische Darstellungen sind, die zwei Plattenhalbzeuge zeigen, die gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung superplastisch zu einem Hohlkörper verformt wurden;

Fig. 6a bis Fig. 6c schematische Darstellungen sind, die zwei Plattenhalbzeuge zeigen, die gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung superplastisch zu einem hohlen Werkstück verformt wurden, das aus zwei halbkugeligen Teilen mit verschiedenen Radien besteht;

Fig. 7a bis Fig. 7c schematische Darstellungen sind, die zwei Plattenhalbzeuge zeigen, die gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung superplastisch zu zwei halbkugeligen Teilen verformt wurden;

Fig. 8a bis Fig. 8d schematische Darstellungen sind, die zwei Plattenhalbzeuge und einen Hartlöt-Metallring zeigen, der zwischen den beiden Plattenhalbzeugen eingebettet ist, die gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung superplastisch zu einem Hohlkugelkörper verformt werden;

Fig. 9a bis Fig. 9e schematische Darstellungen sind, die zwei Plattenhalbzeuge und einen Metallring mit Loch zeigen, die gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung superplastisch zu einem Hohlkugelkörper verformt werden; und

Fig. 10a bis Fig. 10g schematische Darstellungen sind, die zwei Plattenhalbzeuge und einen Metallring zeigen, die gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung superplastisch zu einem Hohlkugelkörper verformt werden.

Erfindungsgemäß wird ein Material verwendet, um Innendruck aufzubauen, wenn ein flächiges Halbzeug super plastisch zu verformen ist. Das Material sollte daher bei der Verformungstemperatur des Halbzeugs einen Gasdruck von (34 bis 210)×10⁴ Pa erzeugen. Beispiele für ein Material mit derart hohem Gasdruck sind Zinkpulver, Paraffin und CaCO₃. Es ist zu beachten, daß die Menge des zu verwendenden Materials, das den hohen Gasdruck erzeugt, vom Material des Halbzeugs, der Struktur und Form der fertig hergestellten Erzeugnisse sowie von anderen Parametern abhängt und vom Fachmann auf dem Gebiet superplastischer Verformung auf einfache Weise bestimmt werden kann.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann auf alle Materialien an gewandt werden, die superplastische Eigenschaften zeigen.

Wenn das erfindungsgemäße Verfahren für superplastische Ver formung dazu verwendet wird, Teile mit einfacher Geometrie herzustellen, wird zunächst ein Halbzeug superplastischen Materials bereitgestellt. Das Halbzeug wird dann zwischen einem ersten Formwerkzeug mit einer Formfläche, die komplementär zur Form des superplastisch zu verformenden Teils ist, und einem zweiten Formwerkzeug angeordnet. Diese Formwerkzeuge und das Halbzeug werden dann zusammengeklemmt, um den Bereich um das erste Formwerkzeug, das zweite Formwerkzeug und das Stanzteil abzuschließen, und ein Material zur Erzeugung eines hohen Gasdrucks wird im umschlossenen Bereich angeordnet. Dann wird das Halbzeug auf die Verformungstemperatur erwärmt, um superplastisches Verformen auszuführen und es dem eingebrachten Material zu ermöglichen, einen hohen Gasdruck zu erzeugen und einen Innenüberdruck auf das Stanzteil aus zuüben, um dieses dazu zu veranlassen, daß es sich zur Formfläche des ersten Formwerkzeugs hin verformt, um das Teil zu erzeugen.

Das erfindungsgemäße Verfahren für superplastische Verformung kann auch gleichzeitig mit einer Technik zum Herstellen von Diffusionsverbindungen ausgeführt werden, um Metallstrukturen herzustellen. In diesem Fall ist das Verfahren im wesentlichen dasselbe wie vorstehend angegeben, mit der Ausnahme, daß das Metallhalbzeug und das durch Diffusion zu verbindende Werkstück auf eine Temperatur aufgeheizt werden müssen, die sich dazu eignet, das superplastische Verformen herbeizuführen und die Diffusionsverbindung herzustellen.

Das erfindungsgemäße superplastische Verformen kann auch ohne Verwendung eines Formwerkzeugs bei der Herstellung hohlkugeliger Körper verwendet werden. Dabei werden zwei flächige Plattenhalbzeuge aus superplastischem Material bereitgestellt, zwischen diesen wird ein Material zur Erzeugung eines hohen Gasdrucks angeordnet, und die Ränder der zwei Plattenhalbzeuge werden miteinander verbunden, um eine abgedichtete Struktur herzu stellen, und dann werden die zwei Plattenhalbzeuge super plastisch verformt. Die zwei Plattenhalbzeuge können unter Verwendung von Bogenschweißen, TIG-Schweißen oder Laser schweißen miteinander verbunden werden. Alternativ können die zwei Plattenhalbzeuge dadurch miteinander verbunden werden, daß zwischen ihnen ein Hartlöt-Metallring desselben Durchmessers eingebettet wird und dann die zwei Platten halbzeuge und der Metallring hartverlötet werden. Wenn ein solcher Hartlöt-Metallring verwendet wird, muß er einen Schmelzpunkt aufweisen, der über der Temperatur für super plastische Verformung der zwei Plattenhalbzeuge liegt. Es kann auch ein Ring aus demselben Material wie die Platten halbzeuge verwendet werden, so daß der Ring und diese zwei Plattenhalbzeuge während der superplastischen Verformung miteinander verbunden werden können. Auch kann der Ring aus einem Material sein, das durch Diffusion mit den Platten halbzeugen verbunden werden kann; in diesem Fall muß die Kombination auf eine Temperatur erwärmt werden, die dazu ausreicht, das superplastische Verformen herbeizuführen und die Diffusionsverbindung herzustellen.

Das vorstehend angegebene Verfahren zur superplastischen Verformung kann so modifiziert werden, daß Hohlkugeln dadurch hergestellt werden, daß die zwei Plattenhalbzeuge aneinander geklemmt werden, anstatt daß sie hartgelötet oder verschweißt werden.

Das vorstehend angegebene Verfahren für superplastische Ver formung kann auch so modifiziert werden, daß Hohlgegenstände wie Hohlkugeln dadurch hergestellt werden, daß zwei Form werkzeuge mit entsprechenden Formflächen verwendet werden und die zwei Halbzeuge dazwischen eingeklemmt werden, anstatt daß sie hartgelötet oder geschweißt werden.

Ausführungsbeispiel 1

Dieses Ausführungsbeispiel veranschaulicht ein Verfahren zum Herstellen eines Teils mit einfacher Geometrie, z. B. eines rechteckigen Teils. In Fig. 1a ist ein Halbzeug 1, das aus einer Aluminiumlegierung besteht, die bei 515°C superplastische Eigenschaften zeigt, zwischen einem ersten Formwerkzeug 11 und einem zweiten Formwerkzeug 12 angeordnet. Das erste Formwerkzeug 11 ist mit einem Druckkolben 13 verbunden, während das zweite Formwerkzeug 12 mit einem Druckkolben 14 verbunden ist. Das Halbzeug 1 ist durch Ausübung von Druck unter Verwendung der Druckkolben 13, 14 zwischen das erste Formwerkzeug 11 und das zweite Formwerkzeug 12 eingeklemmt. Wie es er kennbar ist, verfügt das erste Formwerkzeug 11 über eine Formfläche, die komplementär zur Form des fertiggestellten Teils 17 ist. In dem vom Halbzeug 1 und dem zweiten Form werkzeug 12 umschlossenen Raum wird zunächst Zinkpulver 15 angeordnet, das bei 515°C einen Dampfdruck von (34 bis 210) ×10⁴ Pa erzeugen kann. Das Halbzeug 1 sowie die Formwerkzeuge 11, 12 werden dann durch einen Heizer 16 auf 515°C aufgeheizt, um das Zinkpulver 15 zu verdampfen, um einen Innenüberdruck auf das Halbzeug 1 auszuüben, um dieses zur Formfläche des ersten Formwerkzeugs 11 hin zu verformen, um das in Fig. 1b dargestellte superplastische Teil 17 herzu stellen. Nachdem das Teil 17 hergestellt wurde, wird der angelegte Druck auf den Umgebungsdruck verringert, und das hergestellte Teil 17 wird den Formwerkzeugen 11 und 12 ent nommen, wie dies in Fig. 1c dargestellt ist.

Ausführungsbeispiel 2

Dieses Ausführungsbeispiel veranschaulicht ein Verfahren zum Herstellen eines halbkugeligen Werkstücks. Gemäß den Fig. 2a bis 2c wird eine Stanzteilscheibe 2 aus einer Legierung Ti6Al4V (mit einer Dicke von 1 mm) durch einen oberen Klemm-Hohlzylinder 22 und einen unteren Klemm-Hohlzylinder 21 festgeklemmt. Der untere Klemm-Hohlzylinder 21 und das kreisförmige Stanzteil 2 schließen einen Raum 18 ein, in dem ein Material 35 zur Erzeugung eines hohen Gasdrucks vorab angeordnet ist. Dieses Material ist eine Mischung aus CaCO₃-Pulver (0,4 g) und Kohlenstoffpulver (0,035 g). Wie es aus diesen Figuren er kennbar ist, wird das Stanzteil 2 dann zu einem halbkugeligen Werkstück 27 verformt, und zwar wenn es für 30 Minuten auf 927°C erhitzt wird.

Ausführungsbeispiel 3

Dieses Ausführungsbeispiel veranschaulicht ein Verfahren zum Herstellen einer Metallstruktur durch superplastisches Verformen mit gleichzeitigem Herstellen einer Diffusionsverbindung. Gemäß Fig. 3a wird ein Stanzteil 3 aus der Titanlegierung Ti6Al4V, die bei 925°C superplastische Eigenschaften zeigt, zwischen einem ersten Formwerkzeug 31 und einem zweiten Formwerkzeug 32 angeordnet, und eine Verstärkungsplatte 38, die mit dem Stanzteil 3 durch Diffusion zu verbinden ist, wird an einer festgelegten Stelle des ersten Formwerkzeugs 31 angeordnet. Das erste Formwerkzeug 31 ist mit einem Druckkolben 33 ver bunden, während das zweite Formwerkzeug 32 mit einem Druckkolben 34 verbunden ist. Das Stanzteil 3 wird dadurch zwischen dem ersten Formwerkzeug 31 und dem zweiten Formwerkzeug 32 eingeklemmt, daß Druck unter Verwendung der Druckkolben 33, 34 angelegt wird. Wie erkennbar, weist das erste Formwerkzeug 31 eine Formfläche auf, die komplementär zur Form des fertiggestellten Teils 37 ist. Zinkpulver 35, das bei 925°C einen Dampfdruck von (34 bis 210)×10⁴ Pa erzeugen kann, wird vorab in dem vom Stanzteil 3 und dem zweiten Formwerkzeug 32 umschlossenen Bereich angeordnet. Wie aus Fig. 3b erkennbar, werden das Stanzteil 3 und die Form werkzeuge 32, 33 dann durch einen Heizer 5 auf 925°C erhitzt, um das Zinkpulver 35 zu verdampfen, um einen Innenüberdruck auf das Stanzteil 3 auszuüben, um dieses auf das erste Formwerkzeug 31 hin zu verformen und es in engen Kontakt mit der Verstärkungsplatte 38 zu bringen. Das Beheizen muß nach dem superplastischen Verformen für weitere 1-2 Stunden fortgesetzt werden, um sicherzustellen, daß es zu einer Diffusionsverbindung mit der Verstärkungsplatte 38 kommt. Nachdem die metallische Struktur hergestellt ist, wird der angelegte Druck auf den Umgebungsdruck verringert, und die Struktur wird den Formwerkzeugen 31 und 32 ent nommen, wie in Fig. 3c dargestellt.

Ausführungsbeispiel 4

Dieses Ausführungsbeispiel veranschaulicht ein Herstellen von Hohlkugelkörpern ohne Formwerkzeug durch das erfindungs gemäße superplastische Verformungsverfahren. Gemäß Fig. 4a werden zwei Stanzscheiben 4a, 4b aus rostfreiem Stahl als superplastischem Material mit entsprechenden Eigenschaften bei einer Verformungstemperatur von 1000°C, die dieselbe Größe aufweisen, ausgeschnitten. Zwischen den zwei Stanzscheiben 4a, 4b wird Zinkpulver 45 angeordnet, das dazu in der Lage ist, bei 1000°C einen Dampfdruck von (34-210)×10⁴ Pa zu erzeugen. Dann werden, wie dies aus Fig. 4b erkennbar ist, die Ränder der Stanzteile durch Bogenschweißen miteinander verschweißt, um eine abgedichtete Struktur herzustellen, und diese wird in einem Heizer 46 angeordnet, um auf die Verformungs temperatur von 1000°C erhitzt zu werden. Das Zinkpulver 45 ver dampft und legt einen Innenüberdruck an die Stanzteile 4a, 4b, um einen Hohlkugelkörper 47 herzustellen.

Ausführungsbeispiel 5

Dieses Ausführungsbeispiel veranschaulicht das Herstellen von Hohlkugelkörpern unter Verwendung eines Formwerkzeugs mit dem erfindungsgemäßen Verfahren. Gemäß Fig. 5a wird ein Material 55 zur Erzeugung eines hohen Gasdrucks vorab zwischen zwei Stanzscheiben 5a, 5b aus dem superplastischen Material Ti6Al4V (Dicke 1 mm, Radius 90 mm) angeordnet. Die Berührungsflächen der zwei Stanzscheiben 5a, 5b sind poliert, und das Material mit hohem Gasdruck ist eine Mischung aus CaCO₃ (1,7 g) und Kohlenstoffpulver (0,15 g). Die zwei Stanzteile 5a, 5b werden zwischen einem oberen Formwerkzeug 52 und einem unteren Formwerkzeug 51 angeordnet. Das obere Formwerkzeug 52 und das untere Formwerkzeug 51 weisen halbkugelige Formflächen mit verschiedenen Krümmungen auf. Wie aus den Fig. 5a bis 5c erkennbar, werden die zwei Stanzscheiben zu einem Kugelkörper 57 verformt, der aus zwei Halbkugelkörpern mit verschiedenen Krümmungen besteht, wobei Verformung bei einer Erhitzung auf 927°C für 30 Minuten stattfindet.

Ausführungsbeispiel 6

Gemäß den Fig. 6a bis 6c wird ein Material 65 mit hohem Gas druck zwischen zwei Stanzscheiben 6a, 6b aus rostfreiem Stahl als superplastischem Material (Dicke 1 mm, Radius 70 mm) derselben Größe angeordnet. Das Material 65 mit hohem Gasdruck ist eine Mischung aus 0,4 g CaCO₃ und 0,04 g Kohlenstoffpulver, und die zwei Stanzscheiben 6a, 6b werden durch einen oberen Klemm-Hohlzylinder 62 und einen unteren Klemm-Hohlzylinder 61 festgeklemmt. wie aus den Fig. 6a bis 6c erkennbar, weist der obere Klemm-Hohlzylinder 61 einen kleineren Innenradius auf als der obere Klemm-Hohlzylinder 62. Wie aus den Fig. 6a bis 6c erkennbar, werden die zwei Stanzteile 6a, 6b zu einem Hohlkugelkörper 67 ver formt, und zwar wenn sie für 20 Minuten auf 1010°C erhitzt werden, wobei ihre Ränder miteinander verbunden sind.

Ausführungsbeispiel 7

Gemäß den Fig. 7a bis 7c werden 0,01 g Paraffin 75 (Siedepunkt 370°C) zwischen zwei Stanzscheiben 7a, 7b aus einer Al-Li- Legierung als superplastischem Material (Dicke 1 mm, Durchmesser 38 mm) derselben Größe angeordnet. Die Ränder der zwei Stanzteile 7a, 7b werden durch einen oberen Klemm- Hohlzylinder 72 und einen unteren Klemm-Hohlzylinder 71 festgeklemmt. Der obere Klemmzylinder 72 und der untere Klemmzylinder weisen denselben Innenradius auf. Wie aus den Fig. 7a bis 7c erkennbar, werden die zwei Stanzteile 7a und 7b jeweils zu halbkugeligen Körpern 77 und 78 ver formt, und zwar nachdem sie für 20 Minuten auf 500°C erhitzt wurden. Sie werden dann vom oberen und unteren Klemmzylinder 71, 72 freigegeben.

Ausführungsbeispiel 8

Dieses Ausführungsbeispiel veranschaulicht ein Alternativ verfahren zum Herstellen eines Hohlkugelkörpers durch das erfindungsgemäße Verfahren. Gemäß Fig. 8a werden zunächst zwei Stanzscheiben 8a, 8b aus dem superplastischen Material Ti6Al6V2Sn mit superplastischen Eigenschaften bei einer Verformungstemperatur von 850°C mit derselben Größe ausgeschnitten. Zwischen den zwei Stanzscheiben 8a, 8b wird Paraffin 85 angeordnet, das dazu in der Lage ist, bei 850°C einen Dampfdruck von (34-210)×10⁴ Pa zu erzeugen. Zwischen den Rändern um die Stanzscheiben 8a, 8b wird ein Hartlöt-Metallring (Til5Cul5Ni) 82 angeordnet. Die Ränder der Stanzteile 8a, 8b werden dann durch Schweißbrenner-Hartlöten 84 miteinander hartverlötet, um eine dichte Kreisstruktur 83 herzustellen, und diese wird in einem Heizer 86 angeordnet, wie in den Fig. 8c und 8d gezeigt, um auf 850°C erhitzt zu werden. Das Paraffin 85 verdampft und übt einen Innenüberdruck auf die Stanzteile 8a, 8b aus, um ein hohlkörperförmiges Teil 87 herzustellen.

Ausführungsbeispiel 9

Dieses Ausführungsbeispiel veranschaulicht ein weiteres Ver fahren zum Herstellen von Hohlkugelkörpern mit dem erfindungs gemäßen Verfahren. Gemäß Fig. 9 werden zwei Stanzscheiben 9a, 9b aus dem superplastischen Material Ti6Al4V mit superplastischen Eigenschaften bei einer Verformungstemperatur von 925°C mit derselben Größe ausgeschnitten. Zwischen den zwei Stanzscheiben 9a, 9b wird, wie in Fig. 9a dargestellt, ein Metallring 92 aus rostfreien Stahl angeordnet. Der Ring 92 enthält ein Loch 91. Dann wird, wie dies in Fig. 9b darg gestellt ist, der Metallring 92 zwischen den zwei Stanzscheiben 9a, 9b eingebettet und durch zwei Druckkolben 93, 94 mit 10-100 kg/mm² eingeklemmt, und es erfolgt die Herstellung einer Diffu sionsverbindung durch einen Heizer 96 bei einer Absoluttemperatur, die das 0,6- bis 0,8fache des Schmelzpunkts des superplastischen Materials Ti6Al4V ist, um einen hohlzylindrischen Körper 97 herzustellen. Um bessere Diffusionsverbindungswirkung zu erzielen, muß der Verbindungsprozeß für 1-2 Stunden bei einem Druck von ungefähr 10^-5 hPa (ungefähr 10^-5 Torr) aus geführt werden. Wie aus Fig. 9c erkennbar, wird dann Paraffin 95, das bei der Verformungstemperatur von 925°C einen Dampfdruck von (34-210)×10⁴ Pa erzeugen kann, durch das Loch 91 in den hohlzylindrischen Körper 97 gegeben. Das Loch 91 wird durch Verschweißen oder Hartlöten abgedichtet, und dann wird der abgedichtete hohlzylindrische Körper 98 auf die Verformungstemperatur von 925°C erhitzt, wodurch ein Hohlkugelkörper 99 hergestellt wird.

Ausführungsbeispiel 10

Gemäß den Fig. 10a bis 10g wird ein Metallring 102 aus rost freiem Stahl (Außenradius 28 mm, Innenradius 20 mm, Höhe 6 mm) zwischen zwei Stanzscheiben (dicke 1 mm, Radius 28 mm) 23, 24 aus dem superplastischen Material Ti6Al4V, die beide dieselbe Größe aufweisen, angeordnet, um eine Struktur 108 herzustellen. Die Schichtstruktur 108 wird durch einen oberen Druckkolben 104 und einen unteren Druckkolben 103 ein geklemmt und in einer Vakuum-Heißpresse bei 880°C und einem Druck von ungefähr 10^-5 hPa (ungefähr 10^-5 Torr) unter Anlegen eines Drucks von ungefähr 56×10⁵ Pa für 30 Minuten einem Vorgang zum Herstellen einer Diffusionsverbindung unterzogen, um einen hohlzylindrischen Körper 107 herzustellen. Dann wird im hohlzylindrischen Körper 107 ein Loch 101 ausgebildet, und Zinkpulver 105 (Siedepunkt 907°C) wird durch das Loch 101 eingefüllt. Nachdem das Loch 101 durch Verschweißen in Argonatmosphäre abgedichtet wurde, wird der Hohlzylinder 107 für 40 Minuten auf 930°C erhitzt, um einen Hohlkugelkörper 100 herzustellen.

Aus der obigen Beschreibung und den Ausführungsbeispielen ist erkennbar, daß die Erfindung die folgenden Vorteile aufweist:

1) es ist nicht erforderlich, ein teures Inertgas hoher Reinheit wie Argongas zu verwenden, um das superplastische Verformen herbeizuführen, was es erübrigt, Rohre, Einstellventile und eine Ausrüstung zu verwenden, die das Gas unter Druck setzt;
2) es können kugelförmige Hohlkörper hoher Formgenauigkeit auf einfache Weise ohne Verwendung eines Formwerkzeugs hergestellt werden.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen eines Teils aus einem Halbzeug durch superplastisches Verformen, mit den folgenden Schritten:

a) Bereitstellen eines flächigen Halbzeugs (1, 3) aus superplastischem Material;
b) Bereitstellen eines ersten Formwerkzeugs (11, 31) mit einer Formfläche, die komplementär zur Form des herzustellenden Teils ist;
c) Bereitstellen eines zweiten Formwerkzeugs (12);
d) Anordnen des Halbzeugs (1, 3) zwischen dem ersten Formwerkzeug (11, 31) und dem zweiten Formwerkzeug (12);
e) Anordnen eines Materials (15) zwischen dem Halbzeug (1, 3) und dem zweiten Formwerkzeug (12), das in der Lage ist, bei der zum superplastischen Verformen erforderlichen Temperatur einen Gasdruck von (34- 210)×10⁴ Pa zu erzeugen;
f) Einklemmen des Halbzeugs (1, 3) zwischen den Rändern der Formwerkzeuge (11, 12) zur Bildung eines gasdichten Raums zwischen dem Halbzeug (1, 3) und dem zweiten Formwerkzeug (12);
g) Erhitzen wenigstens des Halbzeugs (1, 3) auf die zum superplastischen Verformen erforderliche Temperatur, so daß durch den entstehenden Gasdruck das Halbzeug (1, 3) gegen die Formfläche des ersten Formwerkzeugs (11, 31) gedrückt wird; und
h) Aufrechterhalten des Gasdrucks und der zum superplastischen Ver formen erforderlichen Temperatur für eine vorbestimmte Zeit.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das den Gasdruck erzeugende Material (15) Zinkpulver, Paraffin oder eine Mischung aus CaCO₃ und Kohlenstoff enthält.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in das erste Formwerkzeug (31) mindestens ein Metallwerkstück (38) eingelegt wird, das mit dem Halbzeug (3) durch Diffusionsverbindung verbunden werden soll.

4. Verfahren zum Herstellen eines hohlen Teils durch superplastisches Verformen, mit den folgenden Schritten:

a) Bereitstellen zweier flächiger Halbzeuge (4a, 4b) aus superplastischem Material;
b) Anordnen eines Materials (45) zwischen den Halbzeugen (4a, 4b) und gasdichtes Verbinden der Ränder der Halbzeuge (4a, 4b), wobei das Material in der Lage ist, bei der zum superplastischen Verformen erforderlichen Temperatur einen Gasdruck von (34-210)×10⁴ Pa zu erzeugen;
c) Erhitzen der Halbzeuge (4a, 4b) auf die zum superplastischen Verformen erforderliche Temperatur, so daß durch den entstehenden Gasdruck ein Innenüberdruck auf die Halbzeuge (4a, 4b) ausgeübt wird; und
d) Aufrechterhalten der zum superplastischen Verformen erforderlichen Temperatur und des Gasdrucks für eine vorbestimmte Zeit.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ränder der zwei Halbzeuge (4a, 4b) durch Schweißen verbunden werden.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ränder der zwei Halbzeuge (4a, 4b) durch Löten miteinander verbunden werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zum Löten ein Hartlötmetall in Form eines Hartlöt-Metallrings (82) verwendet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Lötmetall Til5cul5Ni ist.

9. Verfahren zum Herstellen eines hohlen Teils durch superplastisches Verformen, mit den folgenden Schritten:

a) Bereitstellen zweier flächiger Halbzeuge (9a, 9b) aus superplastischem Material;
b) Bereitstellen eines Metallrings (92), der mit den zwei Halbzeugen (9a, 9b) durch Diffusion verbunden werden soll und ein radiales Loch (91) aufweist;
c) Einpressen des Metallrings (92) zwischen den beiden Halbzeugen (9a, 9b) und Erhitzen auf eine zur Diffusionsverbindung mit den Halbzeugen (9a, 9b) erforderliche Temperatur, um einen hohlzylindrischen Körper (97) herzustellen;
d) Befüllen des hohlzylindrischen Körpers (97) durch das Loch (91) hindurch mit einem Material (95), das in der Lage ist, bei der zum superplastischen Verformen erforderlichen Temperatur einen Gasdruck von (34- 210)×10⁴ Pa zu erzeugen, und Abdichten des Lochs (91); und
e) Erhitzen des hohlzylindrischen Körpers (97) auf die zur superplastischen Verformung erforderliche Temperatur, um einen Innendruck im hohlzylindrischen Körper (97) zu erzeugen.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Me tallring (92) aus superplastischem Material besteht.