EP0374094A1 - Verfahren zum Verformen eines Metallstückes - Google Patents

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EP0374094A1
EP0374094A1 EP89810916A EP89810916A EP0374094A1 EP 0374094 A1 EP0374094 A1 EP 0374094A1 EP 89810916 A EP89810916 A EP 89810916A EP 89810916 A EP89810916 A EP 89810916A EP 0374094 A1 EP0374094 A1 EP 0374094A1
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EP
European Patent Office
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metal
metal piece
release agent
package
piece
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EP89810916A
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English (en)
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Jerome P. C/O Lockheed Missiles & Wittenauer
Bruno Dr. Walser
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Sulzer AG
Original Assignee
Sulzer AG
Gebrueder Sulzer AG
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B1/00—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations
    • B21B1/38—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations for rolling sheets of limited length, e.g. folded sheets, superimposed sheets, pack rolling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B3/00—Rolling materials of special alloys so far as the composition of the alloy requires or permits special rolling methods or sequences ; Rolling of aluminium, copper, zinc or other non-ferrous metals
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/4981—Utilizing transitory attached element or associated separate material

Definitions

  • the invention relates to a method for deforming a piece of metal, namely for producing thin-walled metal parts, for example metal foils, from reactive metals, i.e. from metals that are particularly susceptible to corrosion, especially at elevated temperatures, and susceptible to oxidation.
  • the new process serves to prevent oxidation and other quality losses on parts made of the metals mentioned during hot forming.
  • Titanium alloys have been developed which have an increased resistance to corrosion.
  • such alloys can oxidize to an unacceptably high degree during mechanical forming at elevated temperatures.
  • metal parts are subjected to hot working at high temperatures during their shaping or forming.
  • This necessity of forming at high temperatures and the resulting increase in the quality losses that have occurred have led to numerous known measures in order to keep a corrosive atmosphere away from the metal pieces during this forming.
  • Such a measure is, for example, hot forming in large vacuum chambers or under a protective gas atmosphere. Both require costly facilities that make the end product more expensive.
  • an oxide layer must be removed from the metal surface by mechanical processing or another process.
  • metallic protective layers consist of or contain tin, zinc, lead / tin alloys, nickel, chrome, cadmium, copper, aluminum, bronze, brass, lead, iron and steel.
  • These metallic protective layers are applied to a metal part by a whole series of known coating processes. Such methods are, for example: dipping processes in which the object to be coated is in a Melt the protective metal is immersed, or metal hardness, in which the "protective material” is alloyed into the substrate surface to be protected, or the application of a metallic spray layer. In the spraying process, the protective layer metal is generally heated, evaporated and sprayed onto the surface to be protected at high speed. Since the metal particles hit the surface with great force, they adhere there and create a thin corrosion protection layer.
  • plating Another known method for applying a protective layer to a metal surface is so-called plating, in which a metallic substrate with low resistance to corrosion is encased by a corrosion-resistant metal in order to obtain a workpiece made of several layers.
  • the plating can be carried out by encapsulating the substrate or by electrolytic deposition of the protective layer on the substrate.
  • Another possibility is to embed a piece of metal between two layers of corrosion-resistant metal, i.e. For example, insert a flat steel plate between two aluminum disks and then cold roll the whole thing to make a three-layer structure.
  • Other methods of plating, such as fusion welding are also known.
  • the coated workpiece can then be further processed by extrusion, hot rolling, hot compression or other metal forming processes.
  • protective layers to substrates by other processes, such as sputtering or chemical or physical evaporation and condensation (CVD or PVD processes).
  • CVD or PVD processes chemical or physical evaporation and condensation
  • the protective layer must then be removed again, for example by chemical or mechanical means.
  • Dense, ductile metal foils are often used in numerous applications, for example in the space or aircraft industry. Although these foils can have a good resistance to corrosion at ambient temperatures and in the vacuum of space, they oxidize to an unacceptably high degree at high temperatures. So far, these foils have been produced by complicated and complex evaporation processes in a vacuum, in which a material, for example bearing metal, is evaporated in a vacuum. Part of the vaporized metal is then condensed onto a substrate.
  • foils can also be produced by mechanical shaping of castings or by hot rolling under vacuum.
  • US Pat. No. 2,997,784 describes a method for producing composite bodies made of metal, which consist of substrates with a plating pad; In this method, a separating agent is introduced between two plates of plating material and the base material to be plated is then contacted in contact with the uncoated “rear sides” of the plating material. The whole is then welded at the edges and rolled out to a desired thickness, the base material being welded to the plating material by pressure. The welded edges are then removed and the two clad parts of the base material are separated. It is mentioned here that calcium fluoride or other fluorides are suitable as separating agents which are sprayed onto the plating material or as aqueous solution or slurry can be applied. Furthermore, it is mentioned that the base material can also be applied to the plating material, for example, by bringing two plates of the plating material, between which the release agent is inserted, together with the base material into a casting mold into which the base material is poured.
  • U.S. Patent 3,164,884 describes a multiple plate rolling method in which top plates and side boundaries are mounted around inner plates with the surfaces between the plates being separated by release agents.
  • the lateral boundaries which are provided with ventilation holes, are welded to one another and to the cover plates by means of an arc along their outer edges.
  • Aqueous mixtures of oxides, in particular chromium, magnesium and aluminum oxide, are mentioned as release agents.
  • the vent holes allow gases to escape from the sandwich-like package during heating and rolling.
  • the method according to the invention therefore consists in that a metal piece for the production of a package consisting of several layers is packed in an envelope made of a second metal, at least a substantial part of the interfaces between the metal piece and the second metal being covered with a separating agent which becomes behaves at least largely inertly chemically, at least with respect to the metal piece, that the package is also deformed into a certain geometric shape by a method of metal deformation, and that finally both metal parts are subsequently separated from one another again.
  • the present invention achieves the object set by a method in which metals are deformed into thin platelets or foils by processes which are carried out in a natural atmosphere at ambient pressure and do not require complicated equipment or chemical aftertreatments.
  • the method described above serves primarily to mechanically deform a piece of metal at high temperatures to produce thin metal platelets from reactive, corrosion-prone metals.
  • a metal piece is protected from high-temperature corrosion during hot forming by embedding it in a, preferably plastically deformable, metal casing, a separating agent being introduced at least between the essential areas of the interfaces between the corrosion-sensitive metal piece and the corrosion-resistant casing.
  • the metal piece can be inserted into a frame made of a corrosion-resistant covering and closed with two cover disks.
  • the separating agent between the interfaces of corrosion-prone and corrosion-resistant metal is advantageously flowable at forming temperatures. It is conveniently placed in wells or pockets the wrapping stored.
  • the composite sandwich arrangement of metal frame, cover panes and release agent to be deformed is then advantageously welded along its circumference at the edge to form a package, so that the release agent is tightly enclosed between the metal parts.
  • the welded package can then be rolled out into thin sheets or foils under pressure to the desired size in a conventional hot rolling device.
  • the deformed package or laminate is cooled and the welded edges are removed.
  • the parts of the casing can then simply be peeled off from the metal piece deformed into a thin metal foil because of the separating layer made of a brittle, poorly wetting separating agent. Residues of the release agent can be removed from the metal foil produced, for example by rinsing.
  • a piece of metal 20 (FIG. 1) made of a reactive, ie corrosion-prone, metal is to be mechanically deformed into a thin metal strip or a thin metal foil.
  • the metal piece 20 is a square, already relatively thin plate before the deformation.
  • a "reactive" metal is understood to mean a metal or an alloy which is subjected to increased corrosion, in particular oxidation, at temperatures above ambient temperature.
  • the invention is used above all for the production of thin parts from high-melting metals which oxidize very quickly at elevated temperatures.
  • the invention preferably serves for the production of thin parts, in particular thin foils, made of titanium or titanium alloys, such as titanium-aluminum-vanadium or titanium-aluminum-niobium.
  • Other metals where the new process is used with advantage can be molybdenum, niobium or tungsten.
  • the invention is not limited to the materials mentioned, but can also be used with many other pure metals or alloys.
  • a metal frame 22 is shown, in which the corrosion-prone metal piece 20 is inserted for the deformation.
  • the frame 22, which consists of a corrosion-resistant metal, encloses a window-like opening 24. Its thickness corresponds essentially to the thickness of the metal piece 20.
  • the dimensions of the opening 24 are matched to the dimensions of the metal piece 20 in such a way that the piece is as accurate as possible the frame 22 or the opening 24 fits, as shown in FIG. 5.
  • corrosion-resistant or “non-reactive” metal encompasses those metals which have a high resistance to corrosion even at high temperatures.
  • these metals are said to have good hot formability and good weldability at the same time. Furthermore, these metals are said to offer sufficient protection against gas diffusion during the forming.
  • the thickness of the metal piece 20 and the frame 22 is not critical and is determined by the final mass of the finished product and the number of rolling steps in the manufacturing process.
  • the powder is cold pressed with a suitable stamp in the frame 22; the powder should have a considerable green strength without the use of binders.
  • the unit 26 (FIG. 5) comprising the frame 22 and the metal piece 20 can also be produced by forming an ingot from the corrosion-prone metal and then casting this corrosion-resistant metal around this ingot, this unit 26 being produced by simply cutting off sections from the casting will.
  • Preferred materials for the corrosion-resistant metal are iron or nickel and iron or nickel-based alloys, such as, for example, stainless steel 316. This is suitable for processing temperatures of approximately 950 to 1100 ° C. In principle, it is also possible to put this in a thin foil To pack metal piece 20 to be formed into a covering made of a metal which is also susceptible to corrosion, since the outer covering is separated from the film present as the end product after the forming.
  • cover disks 28 (FIGS. 6 and 7), which preferably consist of the same material as the frame 22; these cover disks 28 are provided with depressions or pockets 30 (FIG. 7) on their inside 32.
  • the surface area of the depressions 30 corresponds at least substantially to that of the opening 24.
  • the depressions 30 serve to receive a release agent 34. This ensures problem-free separation of the cover disks 28 from the formed workpiece, in this case from the metal piece 20 rolled out into a film.
  • the release agent 34 should be at the temperatures and pressures at which the metal piece 20 is deformed will be flowable and form a coherent film between the cover plates 28 and at least a substantial part of the surfaces of the metal piece 20.
  • the release agent 34 must also be chemically inert to the material of the metal piece 20 at the forming temperatures in order to avoid contamination and damage to the material which is susceptible to corrosion at elevated temperatures.
  • release agent 34 Metal halides, in particular fluorides of lithium, sodium, magnesium, strontium and barium, are preferably used as release agent 34. Of these, calcium fluoride has proven particularly useful as a release agent.
  • the release agent 34 can be introduced, for example, as a melt into the depressions 30. It is also possible to "evaporate" the release agent into the depressions, the edges of the inside 32 being covered.
  • the purity of the release agent 34 should be as high as possible and be at least 99%.
  • Another option for introducing the release agent 34 into the depressions 30 is flame or plasma spraying in a vacuum, with the release agent 34 being directly adhered to the cover disks 28. These thermal spraying processes have the additional advantage that air inclusions in the separating agent layer are avoided, which can lead to oxidation during the subsequent shaping of the metal piece 20.
  • the thickness of the support of the separating means 34 in the depression 30 is slightly smaller than this depression 30 itself.
  • depressions and Release agent layer shown exaggerated for clarity.
  • the thickness of the separating agent 34 should be chosen before the package 36 is formed such that a separating layer of 10 to 100 ⁇ m is present after the forming.
  • the release agent layer Before hot forming, the release agent layer has a thickness of 0.4 mm to 2 mm. The depth of the depression 30 is then selected depending on the required thickness of the release agent layer.
  • the release agent layer is too small, the release agent does not form a coherent separating layer during the forming, which can result in undesired metallurgical bonds between the two metals. Such bonds interfere with the peeling of the casing from the metal piece 20 after the hot forming.
  • at least the depressions 30 of the cover disks 28 are cleaned before the release agent is applied. It may also be necessary to clean the inner sides 32 before assembling the package 36 (FIG. 9) and welding its edges.
  • FIG. 9 of the drawings shows a package 36 of several layers with a unit 26, consisting of a frame 22 and a metal piece 20.
  • a second, completely identically constructed and arranged cover plate 28 ' is provided, so that a "sandwich-like" package 36 is formed, in which the metal piece 20 between the release agent supports 34 and 34' is embedded and is covered by the cover plates 28 and 28 'and the frame 22.
  • the weld seam therefore advantageously connects only the cover plates 28 and 28 'to the frame 22;
  • a continuous weld seam is desirable in order to avoid contamination of the metal piece 20 and the inner sides 32 of the casing from the atmosphere when the package 36 is being heated for and before the mechanical hot forming.
  • a continuous weld seam prevents liquid release agent from flowing out of the package 36.
  • the depth of the weld should have sufficient strength, at least for the first roller passes, in order to prevent the individual layers of the package 36 from shifting.
  • a particularly preferred welding process is electron welding in a vacuum, which prevents air from entering, which can cause oxidation during the subsequent hot machining.
  • the sealed package is labeled 38.
  • FIG. 11 schematically shows the mechanical processing of the welded package 38 for the production of thin metal parts, for example foils, from the material which is susceptible to corrosion. It is assumed that the invention is used for the production of such foils from pieces of metal with thicknesses of 0.1 to 10 mm, preferably approximately 0.05 to 5 mm, and especially 0.05 to 2 mm.
  • hot rolling consists in the package 38 being passed through between two rotating rollers 40 and 42 at certain temperatures and pressures.
  • the package 38 is passed between the two rollers 40 and 42 in a conventional manner to reduce its cross-section.
  • the lateral spreading that occurs creates a laminated body 44.
  • the separating agent layers 34 and 34 ' are viscous and flowable and form a coherent film which separates the metal piece 20 from the casing made of frame 22 and cover plates 28 and 28'.
  • the processing temperature in the rolling process is determined by the temperature characteristics of the release agent 34 and the metals of the package 38.
  • the isothermal should Hot rolling a temperature between 800 and 1100 ° C can be maintained. Passing the package 38 multiple times between the rollers 40 and 42 may be advantageous in some cases.
  • FIG. 12 shows the laminated body 44 to which the package 36 or 38 has been deformed after the mechanical hot forming; the metal foil 48 produced as a product is shown in broken lines in FIG. 12.
  • the laminated body 44 is cooled to a temperature at which the release agent 34 is brittle and the metal surfaces are poorly wetted.
  • it may be desirable to subject the laminate 44 to heat treatments such as annealing, precipitation reactions and / or structural rearrangements after rolling to impart desired metallurgical properties to reach.
  • the selection of a chemically stable release agent, such as calcium fluoride allows the heat-sensitive material to be heat-treated without causing contamination or loss of quality on the surfaces of the rolled film.
  • the sheath 50 (FIG. 12) is removed in the manner described below.
  • the edges 52 of the laminated body 44 are cut off, for example with the aid of a large cutting press, within the outer dimension of the film 48, which is illustrated in FIG. 12 by the cutting edges 54.
  • the trimmed laminate is shown in FIG. 13 before its casing 50 is peeled off.
  • the casing 50 can simply be peeled off from the film 48, since the release agent is brittle and brittle at ambient temperature; The unpacking of the film 48 is therefore advantageously carried out at this temperature. Suitable methods and devices for peeling or peeling the casing 50 off the film 48 are known to the person skilled in the art.
  • ductile foils which are difficult to produce due to an increased oxidation in hot forming processes, can therefore be produced in a simple manner for the space or other industries. Numerous other applications for thin sheets that have been produced using the new process are possible.
  • the multi-layer packages 36 and 38 in one place and to transfer them to a second production facility for mechanical hot forming, such as hot rolling mills or universal steel rolling mills.
  • the invention can be used for extruding structured parts by using the packing according to the invention combined with high-temperature extrusion processes.
  • a titanium foil was produced using calcium fluoride as a release agent.
  • the microstructure is completely homogeneous with no visible chemical attacks or loss of quality of the surface.
  • the microstructure inside the film is identical to that on the surface, further proof of the absence of any surface contamination.
  • Fig. 15 shows a Ti-6Al-4V film 180 ⁇ m thick, which was made from powder by cold pressing and hot rolled at 900 ° C.
  • Source material Oxygen go Ppm by weight
  • End product ⁇ m film
  • Oxygen content Ti-6Al-4V (powder) 1160 180 1830 Ti-6Al-4V (extrusion rod) 2000 110 2300 Ti-14Al-20Nb (cast) 510 220 530 Ti-14Al-20Nb (cast) 510 120 650

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metal Rolling (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)
  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
  • Casings For Electric Apparatus (AREA)

Abstract

Bei dem Verfahren zur Herstellung dünner Metallteile, inbesondere dünner Folien, vorzugsweise durch eine mechanische Warmumformung wird ein vor Korrosion zu schützendes Metallstück (20) in einen Rahmen (22) eingepackt und von zwei Deckscheiben (28 und 28') abgedeckt; zwischen Metallstück (20) und Abdeckung (28, 28') wird ein Trennmittel (34) eingelagert. Das so entstandene Paket (36) wird zusammengespannt und längs seiner Ränder verschweisst. Der nunmehr vorhandene Schichtkörper wird mechanisch umgeformt, z.B. bis auf eine bestimmte Dicke ausgewalzt. Das Trennmittel (34) ist bei Umformungstemperatur fliessfähig und bildet eine zusammenhängende Trennschicht zwischen den Deckscheiben (28, 28') und dem Metallstück (20), die eine metallurgische Bindung zwischen den beiden Metallen (20, 28, 28') verhindert. Nach der Warmumformung wird das verformte Paket abgekühlt. Seine Ränder werden abgeschnitten, die Umhüllung kann infolge der Trennmittelzwischenlage leicht von dem Endprodukt abgezogen werden, da das Trennmittel nach der Abkühlung spröde und die Metalloberflächen schlecht-benetzend ist. Da das Metallstück (20) von einer Umhüllung (28, 28', 22) umschlossen ist, werden Oxidationen und/oder andere Qualitätsverluste des Metallstückes (20) während der Warmumformung verhindert.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verformen eines Me­tallstückes, und zwar zur Herstellung von dünnwandigen Metall­teilen, beispielsweise Metallfolien, aus reaktiven Metallen, d.h. aus Metallen, die insbesondere bei erhöhten Temperaturen korrosionsanfällig in erster Linie oxidationsanfällig sind. Insbesondere dient das neue Verfahren dazu, Oxidationen und andere Qualitätsverluste an Teilen aus den genannten Metallen während einer Warmumformung zu verhindern.
  • Bekanntlich nehmen Korrosionsschäden bei Metallen mit steigen­den Temperaturen zu; beispielsweise ist die Oxidationsanfäl­ligkeit von Titan, Eisen, Nickel, Zink oder ähnlichen Metal­len, sowie von hochschmelzenden Metallen - wie Molybdän, Wolfram, Niob und Tantal - bei erhöhten Temperaturen ein erst­rangiges Problem, da bei hohen Temperaturen die Reaktionen zwischen dem Metall und dem Luftsauerstoff beschleunigt werden. Zusätzlich zu den Oxidationsverlusten können ferner Sauerstoff oder andere Gase als Verunreinigungen in die Ober­fläche von Metallstücken hineindiffundieren. Die Ausbildung von Oxidschichten auf den Oberflächen kann die Gefügestruktur der Metallstücke beeinflussen und die Fähigkeit zweier Metalle, sich metallurgisch miteinander zu verbinden, beein­trächtigen. Darüberhinaus kann eine Diffusion eines Gases in eine Metalloberfläche eine Verringerung der Duktilität hervor­rufen. Schliesslich ist bekannt, dass weitere Qualitäts­verluste von Metallen bei erhöhten Temperaturen auftreten.
  • Um ungewollte Korrosion von Metallstücken zu reduzieren, sind zahlreiche Legierungen, wie z.B. Titanlegierungen, entwickelt worden, die eine erhöhte Widerstandsfähigkeit gegen Korrosio­nen haben. Jedoch gerade derartige Legierungen können während mechanischer Umformungen bei erhöhten Temperaturen in einem unzulässig hohen Masse oxidieren. Sehr häufig werden Metall­teile jedoch während ihrer Ver- oder Umformung einer Warmver­formung bei hohen Temperaturen unterworfen. Diese Notwendig­keit einer Umformung bei hohen Temperaturen und die daraus resultierende Steigerung der auftretenden Qualitätsverluste haben zu zahlreichen bekannten Massnahmen geführt, um eine korrosive Atmosphäre von den Metallstücken während dieser Um­formung fernzuhalten. Eine solche Massnahme ist beispielsweise die Warmverformung in grossen Vakuumkammern oder unter einer Schutzgasatmosphäre. Beides erfordert kostspielige Einrichtun­gen, die das Endprodukt verteuern. Bei vielen Anwendungen ist dabei eine Oxidschicht von der Metalloberfläche durch mechani­sche Bearbeitung oder ein anderes Verfahren zu entfernen.
  • Weiterhin sind schon vielfach Beschichtungensverfahren ange­wendet worden, mit denen korrosionsresistente Schutzschichten auf einer Metalloberfläche aufgebracht werden. Die gebräuch­lichsten metallischen Schutzschichten bestehen aus oder ent­halten Zinn, Zink, Blei/Zinn-Legierungen, Nickel, Chrom, Cadmium, Kupfer, Aluminium, Bronze, Messing, Blei, Eisen und Stahl. Diese metallischen Schutzschichten werden durch eine ganze Reihe bekannter Beschichtungsverfahren auf einen Metall­teil aufgebracht. Solche Verfahren sind beispielsweise: Tauch­prozesse, bei denen der zu beschichtende Gegenstand in eine Schmelze des Schutzmetalles eingetaucht wird, oder Metall­härten, bei dem der "Schutzwerkstoff" in die zu schützende Substratoberfläche hineinlegiert wird, oder das Aufbringen einer metallischen Spritzschicht. Bei den Spritzverfahren wird das Schutzschichtmetall im allgemeinen erhitzt, verdampft und unter hoher Geschwindigkeit auf die zu schützende Oberfläche gespritzt. Da die Metallpartikel mit grosser Wucht auf die Oberfläche auftreffen, haften sie dort fest und erzeugen eine dünne Korrosionsschutzschicht.
  • Ein anderes bekannten Verfahren zum Aufbringen einer Schutz­schicht auf eine Metalloberfläche ist das sogenannte Plattie­ren, bei dem ein metallisches Substrat mit geringer Wider­standsfähigkeit gegen Korrosion von einem korrosionsresisten­ten Metall umhüllt wird, um ein Werkstück aus mehreren Lagen zu erhalten. Das Plattieren kann durch Umgiessen des Substrats oder durch elektrolytische Abscheidung der Schutzschicht auf dem Substrat erfolgen. Eine weitere Möglichkeit ist, ein Metallstück zwischen zwei Lagen eines korrosionsresistenten Metalles einzubetten, d.h. beispielsweise eine flache Platte aus Stahl zwischen zwei Aluminiumscheiben einzulegen und das Ganze dann kaltzuwalzen, um eine Struktur aus drei Schichten herzustellen. Andere Verfahren zum Plattieren, wie Schmelz­schweissen, sind ebenfalls bekannt. Das beschichtete Werkstück kann dann durch Extrudieren, Warmwalzen, Warmverdichten oder andere Metallumformungs-Verfahren weiterbearbeitet werden.
  • Weiterhin ist es bekannt, Schutzschichten durch andere Ver­fahren, wie Kathodenzerstäubung oder chemische oder physikali­sche Verdampfung und Kondensation (CVD- oder PVD-Verfahren), auf Substrate aufzubringen. In vielen Fällen, in denen die Beschichtung nur dazu dient, das Metallstück vor Oxidationen während der Umformung zu schützen, muss die Schutzschicht anschliessend wieder, beispielsweise auf chemischem oder me­chanischem Wege, entfernt werden.
  • Bei zahlreichen Anwendungen, beispielsweise in der Raumfahrt- oder Flugzeugindustrie, werden oft dichte, duktile Metall­folien verwendet. Obwohl diese Folien eine gute Widerstands­fähigkeit gegen Korrosion bei Umgebungstemperaturen und im Vakuum des Weltraumes haben können, oxidieren sie in unzu­lässig hohem Masse bei hohen Temperaturen. Bisher sind diese Folien durch komplizierte und aufwendige Verdampfungsprozesse im Vakuum hergestellt worden, bei denen ein Material, bei­spielsweise Lagermetall, im Vakuum verdampft wird. Ein Teil des verdampften Metalls wird dann einem Substrat kondensiert.
  • Metallfolien durch Flammspritzen auf die Oberfläche eines Sub­strates aufzubringen, ist ebenfalls bekannt.
  • Diese Beschichtungsverfahren werden mit ruhenden und bewegten Substraten durchgeführt, wobei diese kontinuierlich durch eine Abscheidekammer oder an einer Flammspritzdüse vorbei geführt werden. Schliesslich können Folien auch durch mechanische Um­formung von Gussstücken oder durch Warmwalzen unter Vakuum hergestellt werden.
  • In dem US-Patent 2,997,784 wird ein Verfahren zur Herstellung von Verbundkörpern aus Metall beschrieben, die aus Substraten mit einer Plattierungsauflage bestehen; bei diesen Verfahren wird ein Trennmittel zwischen zwei Platten aus Plattierungs-­Material eingebracht und anschliessend das zu plattierende Grundmaterial in Kontakt mit den nicht beschichteten "Rück­seiten" des Plattierungsmaterials kontaktiert. Das ganze wird dann an den Rändern verschweisst und zu einer gewünschten Dicke ausgewalzt, wobei das Grundmaterial mit dem Plattierungs­material durch Druck verschweisst wird. Anschliessend werden die verschweissten Ränder entfernt und die beiden plattierten Teile des Grundmaterials getrennt. Dabei wird erwähnt, dass Kalziumfluorid oder andere Fluoride als Trennmittel geeignet sind, die auf das Plattierungsmaterial gespritzt oder als wässrige Lösung oder Aufschlämmung aufgetragen werden. Weiter­hin wird erwähnt, dass das Grundmaterial beispielsweise auch auf das Plattierungsmaterial aufgebracht werden kann, indem zwei Platten des Plattierungsmaterials, zwischen denen das Trennmittel eingelegt ist, zusammen mit dem Grundmaterial in eine Giessform gebracht werden, in die das Grundmaterial ein­gegossen wird.
  • In dem US-Patent 3,164,884 wird ein Verfahren für mehrfaches Walzen von Platten beschrieben, bei welchem Deckplatten und seitliche Begrenzungen um innere Platten herum montiert wer­den, wobei die Oberflächen zwischen den Platten durch Trenn­mittel voneinander getrennt werden. Die seitlichen Begrenzun­gen, die mit Entlüftungslöchern versehen sind, werden durch Lichtbogen entlang ihrer äusseren Ränder miteinander und mit den Deckplatten verschweisst. Als Trennmittel sind wässrige Mischungen von Oxiden, insbesondere von Chrom-, Magnesium- und Aluminiumoxid, erwähnt. Die Entlüftungslöcher ermöglichen Gasen, während des Erhitzens und Walzens aus dem sandwich­artigen Paket zu entweichen.
  • Generell haben alle Verfahren des Standes der Technik zur Her­stellung dünner Plättchen oder Folien erhebliche Nachteile, welche diese Verfahren im Hinblick auf Kosten, Produktions­kapazität und Qualitätskontrolle wenig geeignet erscheinen lassen.
  • Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein kostengünstiges Ver­fahren für die Herstellung von dünnen Metallteilen, wie z.B. Metallfolien, zu entwickeln, bei welchem der schädliche Ein­fluss von Oxidationen, insbesondere während Umformungen bei hohen Temperaturen reduziert oder vermieden wird.
  • Das erfindungsgemässe Verfahren besteht daher darin, dass ein Metallstück zur Herstellung eines aus mehreren Lagen bestehen­den Paketes in eine Umhüllung aus einem zweiten Metall einge­packt wird, wobei zumindest ein wesentlicher Teil der Grenz­flächen zwischen dem Metallstück und dem zweiten Metall mit einem Trennmittel belegt wird, das sich mindestens gegenüber dem Metallstück chemisch zumindest weitgehend inert verhält, dass ferner das Paket durch ein Verfahren der Metallverformung in eine bestimmte geometrische Form verformt wird, und dass schliesslich beide Metallteile anschliessend wieder vonein­ander getrennt werden.
  • Die vorliegende Erfindung löst die gestellte Aufgabe durch ein Verfahren, bei dem Metalle zu dünnen Plättchen oder Folien durch Prozesse verformt werden, die in einer natürlichen Atmosphäre bei Umgebungsdruck durchgeführt werden und keine komplizierten Einrichtungen oder chemische Nachbehandlungen erfordern.
  • In erster Linie dient das vorstehend beschriebene Verfahren zur mechanischen Verformung eines Metallstückes bei hohen Temperaturen zur Herstellung von dünnen Metallplättchen aus reaktiven, korrosionsanfälligen Metallen. Im wesentlichen wird ein solches Metallstück vor Hochtemperaturkorrosionen während einer Warmverformung durch Einbetten in eine, vorzugsweise plastisch verformbare, Metallumhüllung geschützt, wobei ein Trennmittel mindestens zwischen die wesentlichen Bereiche der Grenzflächen von korrosionsanfälligem Metallstück und korrosionsresistenter Umhüllung eingebracht wird. Vorteil­hafterweise kann das Metallstück dabei in einen Rahmen aus einer korrosionsresistenten Umhüllung eingelegt und mit zwei Deckscheiben verschlossen werden. Das Trennmittel zwischen den Grenzflächen von korrosionsanfälligem und korrosionsresisten­tem Metall ist mit Vorteil bei Umformungs- temperaturen fliess­fähig. Es wird zweckmässigerweise in Vertiefungen oder Taschen der Umhüllung eingelagert. Die zusammengesetzte Sandwich-­Anordnung von zu verformendem Metallrahmen, Deckscheiben und Trennmittel wird dann mit Vorteil entlang ihres Umfanges am Rande zu einem Paket verschweisst, so dass das Trennmittel zwischen den Metallteilen dicht eingeschlossen ist. Das ver­schweisste Paket kann dann unter Druck auf das gewünschte Mass in einer konventionellen Warmwalzeinrichtung zu dünnen Plätt­chen oder Folien ausgewalzt werden.
  • Selbstverständlich ist es auch möglich, andere Verfahren der Warmverformung anzuwenden. Beim Warmwalzen verfliesst das Trennmittel und erzeugt zwischen den Metallen eine gleich­mässige filmartige Trennschicht.
  • Auf diese Weise wird eine beschleunigte Oxidation eines korro­sionsanfälligen Metallteiles während Umformung bei hohen Temperaturen durch die vorliegende Erfindung verhindert.
  • Später wird das verformte Paket oder Laminat gekühlt, und die verschweissten Ränder werden entfernt. Die Teile der Umhüllung können dann von dem zu einer dünnen Metallfolie verformten Metallstück wegen der Trennschicht aus einem spröden, schlecht-benetzenden Trennmittel einfach abgeschält werden. Reste des Trennmittels können von der erzeugten Metallfolie beispielsweise durch Spülen entfernt werden.
  • Mit dem erfindungsgemässen Verfahren können grosse Mengen korrosionsanfälliger Metalle, wie z.B. hochschmelzender Metalle, zu dünnen Metallplättchen oder -Folien so verformt werden, ohne dass Vakuumanlagen benötigt werden. Die Verfor­mung kann vielmehr in konventionellen Umformungsanlagen, wie z.B. Warmwalz-Anlagen, erfolgen.
  • Die Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden nunmehr anhand eines Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit der Zeichnung näher beschrieben.
    • Fig. 1 ist eine Aufsicht auf ein Metallstück aus einem reaktiven, d.h. korrosionsanfälligen Metall;
    • Fig. 2 ist eine Seitenansicht des Metallstückes nach Fig. 1;
    • Fig. 3 ist eine Aufsicht auf einen Rahmen aus einem korrosionsresistenten Metall, wie er im Zusam­menhang mit der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
    • Fig. 4 ist eine Seitenansicht des Rahmens nach Fig. 3;
    • Fig. 5 zeigt das Metallstück nach Fig. 1, eingebettet in den Rahmen nach Fig. 4;
    • Fig. 6 gibt eine Deckscheibe der Umhüllung aus einem korrosionsresistenten Metall für den Rahmen nach Fig. 4 wieder;
    • Fig. 7 ist ein Schnitt VII-VII von Fig. 6;
    • Fig. 8 zeigt in gleicher Darstellung wie Fig. 7 eine Deckscheibe der Umhüllung, in die ein Trennmit­tel eingelegt ist;
    • Fig. 9 ist ein Querschnitt durch ein aus mehreren Lagen bestehendes Paket;
    • Fig. 10 ist eine Aufsicht auf Fig. 9, wobei einzelne Lagen teilweise weggelassen sind;
    • Fig. 11 zeigt eine schematische Darstellung der mechanischen Umformung des verschweissten Paketes nach Fig. 10 in einer Vorrichtung zum Warmwalzen;
    • Fig. 12 stellt das Paket nach Fig. 10 nach dem Warmver­formen dar;
    • Fig. 13 gibt das Paket von Fig. 12 nach Entfernen der verschweissten Ränder wieder;
    • Fig. 14 zeigt schematisch das Abschälen der Lagen des korrosionsresistenten Metalls von der durch Wal­zen erzeugten Metallfolie aus korrosions­anfälligem Material;
    • Fig. 15 schliesslich eine Mikrofotographie eines Gefüges einer nach der Erfindung hergestellten Metall­folie aus Titan.
  • Ein Metallstück 20 (Fig. 1) aus einem reaktiven, d.h. korrosionsanfälligen, Metall soll mechanisch in einen dünnen Metallstreifen oder eine dünne Metallfolie verformt werden. Das Metallstück 20 ist vor der Verformung eine quadratische, bereits relativ dünne Platte. Wie bereits erwähnt, wird unter einem "reaktiven" Metall ein Metall oder eine Legierung ver­standen, die bei Temperaturen über Umgebungstemperatur einer erhöhten Korrosion, insbesondere Oxidation, unterworfen ist. Die Erfindung wird vor allem zur Herstellung dünner Teile aus hochschmelzenden Metallen verwendet, die bei erhöhten Tempera­turen sehr rasch oxidieren. Ferner dient die Erfindung bevor­zugt für die Herstellung dünner Teile, insbesondere dünner Folien, aus Titan oder Titanlegierungen, wie z.B. Titan-­Aluminium-Vanadium oder Titan-Aluminium-Niob. Weitere Metalle, bei denen das neue Verfahren mit Vorteil angewendet werden kann, sind Molybdän, Niob oder Wolfram. Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die genannten Werkstoffe beschränkt, sondern kann auch bei vielen anderen reinen Metallen oder Legierungen anwendet werden.
  • Das Metallstück 20, das gegebenenfalls auch pulvermetallur­gisch hergestellt werden kann, wird zunächst gereinigt, um Oberflächenverunreinigungen, einschliesslich einer eventuel­len, natürlichen Oxidschicht, zu entfernen. Gegebenenfalls müssen auch bereits vorhandene Schutzschichten entfernt werden.
  • In Fig. 3 und 4 ist ein Metallrahmen 22 gezeigt, in den das korrosionsanfällige Metallstück 20 für die Verformung ein­gelegt wird. Der Rahmen 22, der aus einem korrosionsresisten­ten Metall besteht, umschliesst eine fensterartige Oeffnung 24. Seine Dicke entspricht im wesentlichen der Dicke des Metallstückes 20. Die Dimensionen der Oeffnung 24 sind dabei so auf die Abmessungen des Metallstückes 20 abgestimmt, dass das Stück möglichst genau in den Rahmen 22 bzw. die Oeffnung 24 passt, wie dies in Fig. 5 gezeigt ist.
  • Der Ausdruck "korrosionsresistent" oder "nicht-reaktives" Me­tall umfasst im Rahmen der vorliegenden Erfindung jene Metal­le, die auch bei hohen Temperaturen eine hohe Widerstands­fähigkeit gegen Korrosion haben. Für die vorliegende Erfindung sollen diese Metalle gleichzeitig eine gute Warmverformbarkeit und gute Schweissbarkeit besitzen. Weiterhin sollen diese Metalle während der Umformung ausreichend Schutz gegen Gas­diffusionen bieten.
  • Die Dicke des Metallstückes 20 und des Rahmens 22 ist nicht kritisch und wird durch die endgültigen Masse der fertigen Produktes und die Anzahl der Walzschritte des Herstellungs­verfahrens bestimmt.
  • Bei Herstellung des Metallstückes 20 aus Metallpulver wird das Pulver mit einem geeigneten Stempel in dem Rahmen 22 kaltge­presst; das Pulver sollte dabei ohne die Verwendung von Binde­mitteln eine erhebliche Grünfestigkeit besitzen.
  • Die Einheit 26 (Fig. 5) aus Rahmen 22 und Metallstück 20 kann jedoch auch durch Formen eines Barrens aus dem korrosions­anfälligen Metall und anschliessendes Umgiessen dieses Barrens mit dem korrosionsbeständigen Metall hergestellt werden, wobei diese Einheit 26 durch einfaches Abschneiden von Teilstücken von dem Gussstück erzeugt werden.
  • Bevorzugte Werkstoffe für das korrosionsbeständige Metall sind Eisen oder Nickel und Eisen- oder Nickel-Basis-Legierungen, wie beispielsweise rostfreier Stahl 316. Dieser ist geeignet für Bearbeitungstemperaturen von ungefähr 950 bis 1100° C. Grundsätzlich ist es auch möglich, das in eine dünne Folie umzuformende Metallstück 20 in eine Umhüllung aus einem eben­falls korrosionsanfälligen Metall einzupacken, da die äussere Umhüllung ja nach der Umformung von der als Endprodukt vorlie­genden Folie abgetrennt wird.
  • Die Oeffnung 24 wird von Deckscheiben 28 (Fig. 6 und 7) ver­schlossen, die vorzugsweise aus dem gleichen Material wie der Rahmen 22 bestehen; diese Deckscheiben 28 sind mit Vertiefun­gen oder Taschen 30 (Fig. 7) auf ihrer Innenseite 32 versehen. Die Flächengrösse der Vertiefungen 30 entspricht mindestens im wesentlichen derjenigen der Oeffnung 24. Die Vertiefungen 30 dienen zur Aufnahme eines Trennmittels 34. Dieses gewähr­leistet eine problemlose Trennung der Deckscheiben 28 von dem umgeformten Werkstück, in diesem Falle von dem zur einer Folie ausgewalzten Metallstück 20.
  • Das Trennmittel 34 sollte bei den Temperaturen und Drücken, bei denen die Verformung des Metallstücks 20 durchgeführt wird, fliessfähig sein und einen zusammenhängenden Film zwi­schen den Deckscheiben 28 und mindestens einem wesentlichen Teil der Oberflächen des Metallstückes 20 bilden. Das Trenn­mittel 34 muss gegen das Material des Metallstücks 20 auch bei den Umformungstemperaturen chemisch inert sein, um Verunreini­gungen und Schädigungen des bei erhöhten Temperaturen korrosionsanfälligen Materials zu vermeiden. Weiterhin ist es wünschenswert, wenn das Trennmittel 34 bei Umgebungstemperatu­ren spröd und schlecht-benetzend ist, d.h. bei Umgebungstempe­raturen leicht in Bruchstücke zerfällt. Diese Eigenschaften erleichtern eine Trennung der Deckscheiben 28 vom Metallstück 20 nach der Umformung.
  • Als Trennmittel 34 dienen bevorzugt Metallhalogenide, insbe­sondere Fluoride des Lithiums, Natriums, Magnesiums, Stronti­ums und Bariums. Von diesen hat sich besonders das Kalzium­fluorid als Trennmittel bewährt. Das Trennmittel 34 kann bei­spielsweise als Schmelze in die Vertiefungen 30 eingebracht werden. Es ist auch möglich, das Trennmittel in die Vertiefun­gen "einzudampfen", wobei die Ränder der Innenseite 32 abge­deckt werden.
  • Die Reinheit des Trennmittels 34 sollte so hoch wie möglich sein und mindestens 99 % betragen. Eine weitere Möglichkeit, das Trennmittel 34 in die Vertiefungen 30 einzubringen, ist Flamm- oder Plasmaspritzen im Vakuum, wobei eine direkte fest­haftende Auflage des Trennmittels 34 auf den Deckscheiben 28 entsteht. Diese thermischen Spritzverfahren haben den zusätz­lichen Vorteil, dass dabei Lufteinschlüsse in der Trennmittel­schicht vermieden werden, die bei der anschliessenden Umfor­mung des Metallstückes 20 zu Oxidationen führen können.
  • Wie Fig. 8 zeigt, ist die Dicke der Auflage des Trennmittels 34 in der Vertiefung 30 geringfügig kleiner als diese Vertie­fung 30 selbst. In Fig. 8 und 9 sind Vertiefungen und Trennmittelschicht zur Verdeutlichung stark übertrieben darge­stellt. Generell sollte die Dicke des Trennmittels 34 vor der Umformung des Paketes 36 so gewählt werden, dass nach der Um­formung eine Trennschicht von 10 bis 100 µm vorhanden ist. Vor dem Warmumformen ergeben sich daraus Dicken der Trennmittel­auflage von 0,4 mm bis 2 mm. Von der geforderten Dicke der Trennmittelauflage abhängig wird dann die Tiefe der Vertiefung 30 gewählt.
  • Ist die Trennmittelauflage zu gering, so bildet das Trennmit­tel bei der Umformung keine zusammenhängende Trennschicht, wodurch es zu unerwünschten metallurgischen Bindungen zwischen den beiden Metallen kommen kann. Derartige Bindungen beein­trächtigen das Abschälen der Umhüllung von dem Metallstück 20 nach dem Warmumformen. Selbstverständlich werden mindestens die Vertiefungen 30 der Deckscheiben 28 vor dem Auftragen des Trennmittels gereinigt. Ebenso kann es notwendig sein, die Innenseiten 32 vor dem Zusammensetzen des Paketes 36 (Fig. 9) und dem Verschweissen seiner Ränder zu reinigen.
  • Fig. 9 der Zeichnungen zeigt ein Paket 36 aus mehreren Lagen mit einer Einheit 26, bestehend aus einem Rahmen 22 und einem Metallstück 20. Eine Deckscheibe 28, in die eine Trennmittel­auflage 34 eingebettet ist, grenzt mit der freien Seite der Auflage 34 an die obere Oberfläche des Metallstückes 20. Auf der gegenüberliegenden Seite der Einheit 26 ist eine zweite, völlig gleich aufgebaute und angeordnete Deckscheibe 28′ vor­gesehen, so dass ein "sandwichartiges" Paket 36 entsteht, in welchem das Metallstück 20 zwischen die Trennmittelauflagen 34 und 34′ eingebettet und von den Deckscheiben 28 und 28′ und dem Rahmen 22 umhüllt ist. Bei manchen Anwendungen kann es vorteilhaft sein, mehr als ein Paket 36 herzustellen und mehrere dieser Pakete aufeinander zu stapeln, um gleichzeitig mehrere Metallfolien herzustellen.
  • Bei der Aufsicht auf Fig. 10 sind einzelne Lagen des Paketes 36 nur teilweise dargestellt, um die unteren Lagen dieses Paketes zu zeigen. Das Paket 36 wird nach seinem Aufbau zusam­mengespannt und längs seiner Ränder verschweisst, um das Metallstück 20 und die Trennmittelauflage 34 und 34′ dicht in der Metallumhüllung aus dem Rahmen 22 und den Deckscheiben 28 und 28′ zu verschliessen. Zahlreiche bekannte Schweissver­fahren sind anwendbar. Das gewählte Verfahren muss nur geeig­net und verträglich mit dem Werkstoff sein, aus dem der Rahmen 22 und die Deckscheiben 28 und 28′ hergestellt sind. Die Schweissung sollte auf den korrosionsbeständigen Werkstoff der Elemente 22, 28 und 28′ beschränkt werden und nicht auf das Metallstück 20 übergreifen. Die Schweissnaht verbindet daher mit Vorteil nur die Deckscheiben 28 und 28′ mit dem Rahmen 22; eine fortlaufende Schweissnaht ist wünschenswert, um Verunrei­nigungen des Metallstückes 20 und der Innenseiten 32 der Um­hüllung aus der Atmosphäre beim Aufheizen des Paketes 36 für die und vor der mechanischen Warmumformung zu vermeiden. Gleichzeitig verhindert eine kontinuierliche Schweissnaht ein Ausfliessen von flüssigem Trennmittel aus dem Paket 36. Die Tiefe der Schweissung sollte eine ausreichende Festigkeit min­destens für die ersten Walzendurchgänge haben, um ein Ver­schieben der einzelnen Lagen des Paketes 36 zu vermeiden. Ein besonders bevorzugtes Schweissverfahren ist das Elektronen­schweissen im Vakuum, das ein Eindringen von Luft verhindert, die Oxidationen bei der anschliessenden Warmbearbeitung verur­sachen kann. Das verschweisste Paket ist mit 38 bezeichnet.
  • In Fig. 11 ist schematisch das mechanische Bearbeiten des verschweissten Paketes 38 zur Herstellung von dünnen Metall­teilen, z.B. Folien, aus dem korrosionsanfälligen Material dargestellt. Es wird unterstellt, dass die Erfindung für die Herstellung solcher Folien aus Metallstücken mit Dicken von 0,1 bis 10 mm, vorzugsweise von ungefähr 0,05 bis 5 mm, und vor allem von 0,05 bis 2 mm, angewendet wird.
  • Als mechanische Bearbeitungen unter erhöhter Temperatur zur Umformung des verschweissten Paktes 38 können Schmieden und Pressen, und vor allem Walzen dienen. Wie dem Fachmann geläu­fig, besteht Warmwalzen in einem Durchschleusen des Paketes 38 zwischen zwei rotierenden Walzen 40 und 42 bei bestimmten Temperaturen und Drücken.
  • Wie in Fig. 11 abgebildet, wird das Paket 38 zwischen den bei­den Walzen 40 und 42 in konventioneller Weise durchgeschleust, um seinen Querschnitt zu reduzieren. Das dabei auftretende seitliche Spreizen erzeugt einen Schichtkörper 44. Bei den Walztemperaturen werden die Trennmittelauflagen 34 und 34′ viskos und fliessfähig und bilden einen zusammenhängenden Film, der das Metallstück 20 von der Umhüllung aus Rahmen 22 und Deckscheiben 28 und 28′ trennt. Die Bearbeitungstemperatur bei dem Walzprozess wird bestimmt durch die Temperatur-­Charakteristiken des Trennmittels 34 und der Metalle des Paketes 38. Bei der Herstellung von Folien aus Titanlegierun­gen, bei der eine Umhüllung aus rostfreiem Stahl 316 und Kalziumflorid als Trennmittel verwendet worden sind, sollte bei dem isothermischen Warmwalzen eine Temperatur zwischen 800 und 1100° C eingehalten werden. Mehrfaches Durchschleusen des Paketes 38 zwischen den Walzen 40 und 42 kann in einigen Fällen vorteilhaft sein.
  • In Fig. 12 ist der Schichtkörper 44 gezeigt, zu dem das Paket 36 bzw. 38 nach der mechanischen Warmumformung verformt worden ist; die als Produkt erzeugte Metallfolie 48 ist dabei in Fig. 12 gestrichelt dargestellt. Der Schichtkörper 44 wird gekühlt auf eine Temperatur, bei der das Trennmittel 34 spröde und die Metallflächen schlecht benetzend ist. Bei manchen Anwendungen kann es wünschenswert sein, den Schichtkörper 44 nach dem Walzen Wärmebehandlungen, wie z.B. Glühbehandlungen, Aus­scheidungs-Reaktionen und/oder Gefügeumlagerungen, zu unter­ziehen, um gewünschte metallurgische Eigenschaften zu erreichen. Die Auswahl eines chemisch stabilen Trennmittels, wie Kalziumfluorid, erlaubt dabei Warmbehandlungen des korrosionsanfälligen Materials, ohne dass Verunreinigungen oder Qualitätsverluste der Oberflächen der gewalzten Folie auftreten.
  • Als nächster Schritt wird die Umhüllung 50 (Fig. 12) auf nach­stehend beschriebene Art und Weise entfernt. Die Ränder 52 des Schichtkörpers 44 werden beispielsweise mit Hilfe einer grossen Schneidpresse, innerhalb des Aussenmasses der Folie 48 abgeschnitten, was in Fig. 12 durch die Schneidkanten 54 illu­striert ist. Der beschnittene Schichtkörper ist in Fig. 13 vor dem Abschälen seiner Umhüllung 50 dargestellt.
  • Wie in Fig. 14 verdeutlicht, kann die Umhüllung 50 einfach von der Folie 48 abgeschält werden, da das Trennmittel bei Umge­bungstemperatur spröde und brüchig ist; das Auspacken der Folie 48 wird daher vorteilhafterweise bei dieser Temperatur durchgeführt. Geeignete Verfahren und Vorrichtungen für das Abschälen oder Abziehen der Umhüllung 50 von der Folie 48 sind dem Fachmann bekannt.
  • Im Endeffekt können daher für die Raumfahrt- oder andere Indu­strien duktile Folien, die wegen einer erhöhten Oxidation bei Warmumformprozessen schwierig herzustellen sind, nach dem neuen Verfahren auf einfache Weise erzeugt werden. Zahlreiche andere Anwendungen für dünne Bleche, die nach dem neuen Ver­fahren hergestellt worden sind, sind möglich.
  • Es ist auch denkbar, die aus mehreren Lagen bestehenden Pakete 36 bzw. 38 an einem Ort zu fabrizieren und an eine zweite Produktionsstätte für die mechanische Warmumformung, wie z.B. Warmwalzwerke oder Universalstahlwalzwerke, zu überführen. Darüberhinaus kann die Erfindung für das Extrudieren von strukturierten Teilen benutzt werden, indem man das erfindungsgemässe Einpacken mit Hochtemperatur-Extrudier­verfahren kombiniert.
    • Beispiel
  • Um die Wirksamkeit der Erfindung zu demonstrieren, wurde eine Titanfolie hergestellt, wobei als Trennmittel Kalziumfluorid diente. Wie Fig. 15 zeigt, ist die Mikrostruktur vollständig homogen ohne sichtbare chemische Angriffe oder Qualitätsein­bussen der Oberfläche. Die Mikrostruktur im Innern der Folie ist identisch mit derjenigen an der Oberfläche, ein weiterer Beweis für das Fehlen jeglicher Oberflächenverunreinigungen. Fig. 15 zeigt eine Ti-6Al-4V-Folie von 180 µm Dicke, die aus Pulver durch Kaltpressen hergestellt und bei 900° C warmge­walzt worden ist.
  • Durch Analysen des Sauerstoff-Gehaltes sind weitere Folien geprüft worden; das Ergebnis zeigt die nachstehende Tabelle:
    Ausgangsmaterial Sauerstoff-Geh. (Gew. ppm) Endprodukt ( µm Folie) Sauerstoff-Gehalt.
    Ti-6Al-4V (Pulver) 1160 180 1830
    Ti-6Al-4V (extrud.Stab) 2000 110 2300
    Ti-14Al-20Nb (Guss) 510 220 530
    Ti-14Al-20Nb (Guss) 510 120 650
  • Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die gezeigte und beschriebe Ausführungsform beschränkt, sondern umfasst viele weitere Modifikationen, soweit sie unter die nachfolgen­den Ansprüche fallen.

Claims (22)

1. Verfahren zum Verformen eines Metallstückes (20), bei wel­chem Verfahren
- das Metallstück zur Herstellung eines aus mehreren Lagen bestehenden Paketes (36) in eine Umhüllung (22, 28, 28′) aus einem zweiten Metall eingepackt wird, wobei zumindest ein wesentlicher Teil der Grenzflächen zwischen dem Metallstück (20) und dem zweiten Metall mit einem Trennmittel (34, 34′) belegt wird, das sich mindestens gegenüber dem Metallstück (20) chemisch zumindest weitgehend inert verhält, bei welchem ferner
- das Paket durch ein Verfahren der Metallverformung in eine bestimmte geometrische Form verformt wird, und bei welchem schliesslich
- beide Metallteile (20, 22, 28, 28′) anschliessend wieder voneinander getrennt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Paket (36) bei der Metall-Verformung einer Warmverformung unterworfen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Paket (36) vor der Trennung der beiden Metallteile (20; 22, 28, 28′) gekühlt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Um­hüllung (22, 28, 28′) gegen die Umgebung gasdicht verschlossen wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Umhüllung (22, 28, 28′) längs ihrer Ränder verschweisst wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Verschweissen mit ei­nem Elektronenstrahl im Vakuum durchgeführt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Paket (38) nach der Verformung längs seiner Ränder aufgeschnitten wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Um­hüllung (22, 28, 28′) aus einem Rahmen (22) und zwei Deck­scheiben (28, 28′) zusammengesetzt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die In­nenseiten (32) der Umhüllung (22, 28, 28′) mit Vertiefungen (30) zur Aufnahme des Trennmittels (34, 34′) versehen werden.
10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Trennmittel (34) durch Flammspritzen auf Grenzflächen oder in Vertiefungen (30) abgelagert wird.
11. Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Trennmittel (38) durch Verdampfen und anschliessendes Kondensieren auf Grenz­flächen oder in Vertiefungen (30) abgelagert wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei zum Trennen der beiden Metalle (48, 50) die Ränder des Paketes (38) abgeschnitten werden.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei für das Metallstück (20) ein reaktionsfähiges Metall verwendet wird, welches, insbesondere bei erhöhten Temperaturen, eine ver­stärkte und beschleunigte Korrosion, vor allem Oxidation, er­fährt, und bei dem ferner als zweites Metall (22, 28, 28′) ein Metall mit hoher Widerstandsfähigkeit gegen Korrosion, vor allem gegen Oxidation insbesondere bei erhöhten Temperaturen, verwendet wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei das zweite Metall (22, 28, 28′) plastisch verformt werden kann.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei ein bei den Temperaturen und/oder Drücken der Metallverformung fliess­fähiges, bei darunterliegenden Temperaturen und/oder Drücken jedoch sprödes, schlecht-benetzendes Trennmittel (34) verwen­det wird.
16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei als Trennmittel ein Me­tallhalogenid verwendet wird.
17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei als Trennmittel (34) Kalzium-, Magnesium-, Lithium-, Barium-, Strontium- oder Natrium-Fluorid verwendet werden.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei das Metallstück (20) zu einem dünnen Metallteil (48) mit einer Dicke zwischen 0,01 und 10 mm verformt wird.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei als Metallstück (20) dünne Plättchen aus Titan, Molybdän, Niob, Wolfram oder aus Legierungen davon, wie z.B. Titan/Aluminium/­Niob- und Titan/Aluminium/Vanadium-Legierungen, verwendet werden.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, wobei als Metalle für die Umhüllung (22, 28, 28′) Eisen oder Nickel sowie Eisen- oder Nickel-Basislegierungen verwendet werden.
21. Aus mehren Lagen zusammengesetztes Paket zur Herstellung eines dünnen Metallteiles durch Metall-Verformung, mindestens bestehend aus
- einem Metallstück, das in einen dünnen Metallteil umzuformen ist,
- einer Metallumhüllung (22, 28, 28′) zum Einpacken des Metallstückes (20),
- einer ersten Lage (34) eines Trennmittels zwischen einem ersten Bereich des Metallstückes (20) und einem ersten Bereich (28) der Umhüllung und
- einer zweiten Lage (34) des Trennmittels zwischen einem zweiten Bereich des Metallstückes (20) und einem zweiten Bereich (28′) der Umhüllung (22, 28, 28′).
22. Paket nach Anspruch 21, wobei das Metallstück (20) aus einem Metall besteht, das bei den Temperaturen und/oder Drük­ken der Metallverformung korrosionsanfällig, insbesondere oxidationsanfällig ist, und wobei ferner die Umhüllung (22, 28, 28′) aus einem Metall besteht, das bei den gleichen Tempe­raturen und/oder Drücken eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen Korrosion, insbesondere gegen Oxidation, hat.
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