EP1574593A1 - Kaltverformen von Molybdän durch Rückwärts-Fliesspressen - Google Patents

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EP1574593A1 EP04021093A EP04021093A EP1574593A1 EP 1574593 A1 EP1574593 A1 EP 1574593A1 EP 04021093 A EP04021093 A EP 04021093A EP 04021093 A EP04021093 A EP 04021093A EP 1574593 A1 EP1574593 A1 EP 1574593A1
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Wolfgang Günther
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WC Heraus GmbH and Co KG
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    • C22F1/16—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of other metals or alloys based thereon
    • C22F1/18—High-melting or refractory metals or alloys based thereon
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
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    • H01J9/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture, installation, removal, maintenance of electric discharge tubes, discharge lamps, or parts thereof; Recovery of material from discharge tubes or lamps
    • H01J9/02—Manufacture of electrodes or electrode systems
    • H01J9/022—Manufacture of electrodes or electrode systems of cold cathodes

Definitions

  • the present invention relates to the cold working of molybdenum by reverse extrusion.
  • Molybdenum is used in lighting because of its thermal, electrical and chemical properties. It is a brittle material at room temperature, and precursors and semi-finished products are usually hot-formed. Molybdenum molded parts such as pipes or caps for the lighting technology can by deep drawing. 1 made of sheets and strips at room temperature.
  • Fig. 1 shows the longitudinal section of a produced by the process according to the invention Molybdenum coping in the scale 50: 1.
  • Such caps can be used as emitter electrodes in CCFL lamps.
  • the material used is converted to 100% waste-free.
  • the microscopic longitudinal section through a cap produced according to this method in FIG. 1 shows that crack-free rotationally symmetrical molded parts can be produced in this way.

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Abstract

Bei einem Verfahren zur Kaltverformung von Molybdän durch Rückwärts-Fließpressen wird vor der Kaltverformung eine vollständige Rekristallisation durchgeführt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Kaltverformung von Molybdän durch Rückwärts-Fließpressen.
Molybdän kommt in der Lichttechnik wegen seiner thermischen, elektrischen und chemischen Eigenschaften zum Einsatz. Es ist ein bei Raumtemperatur spröder Werkstoff, und Vorprodukte und Halbzeuge werden üblicherweise heiß umgeformt. Molybdän-Formteile wie etwa Rohre oder Kappen für die Lichttechnik können durch Tiefziehen1 aus Blechen und Bändern bei Raumtemperatur hergestellt werden.
Die Umformung von Vorprodukten und Halbzeugen geschieht gewöhnlich in der Hitze, also zweckmäßig unmittelbar nach dem Sintern (US 5,158,709) - oder bei elektronenstrahler-schmolzenem Molybdän nach dem Heißschmieden - oder durch thermomechanisches Umformen (US 5,051,139). Es gibt auch kalte Umformungsverfahren, bevorzugt bei dünnen Abmessungen, wobei das Molybdän allerdings nicht vollständig rekristallisiert wird, damit es nicht zu Rissen oder Brüchen bei der Bearbeitung unter Zugspannung kommt. Die gängige Lehrmeinung lautet, daß das Material nicht vollständig rekristallisiert werden darf, da im rekristallisierten weichgeglühten Zustand die zur Umformung notwendigen Zugspannungen dann zur Zerstörung (Einschnürung, Risse) des Materials führen würden.
Ferner sind Verfahren bekannt, bei denen sich Verformung, Rekristallisation und Tempern abwechseln (z.B. US 4,600,446).
Ein Verfahren zur Kaltverformung spröder, rekristallisierter bzw. entspannter Materialien - darunter Mo - durch Extrusion ist in US3552996 beansprucht worden. Diese Methode ist auch als Vorwärts-Fließpressen2 bekannt. Das Hauptaugenmerk liegt bei dem in US3552996 beschriebenen Verfahren auf der Vermeidung einer schroffen Abrißkante an der Fließpreßmatrize. Dadurch soll ein sprunghafter Spannungsübergang nach der Umformung verhindert werden. Allerdings ist das vorgestellte Verfahren nur für TZM Legierungen praktisch belegt, und es lassen sich damit allenfalls teilweise rißfreie Formkörper erzeugen (vgl. Beispiele).
Im vorliegenden wird nun ein Verfahren zur Kaltverformung von Molybdän durch Rückwärts-Fließpressen beschrieben. Es wurde gefunden, daß sich Molybdän überraschenderweise trotz seiner Sprödigkeit durch Rückwärts-Fließpressen verformen läßt, ohne daß Risse oder Brüche entstehen. Beim Fließpressen wird die Energie durch Druckspannung aufgebracht. Das Molybdän wird vorher durch eine Wärmebehandlung vollständig rekristallisiert, um mit ausreichend geringer Spannung die Fließgrenze des Materials zu überschreiten. Bei der Rekristallisation sollen sämtliche Gitterspannungen beseitigt werden, die vorher durch Verformen entstanden waren. Das Material erreicht dann bei relativ geringen Kräften seine Fließgrenze. Die Rekristallisation erfolgt vorteilhaft bei Temperaturen oberhalb 1300°C, besonders über 1400°C (der Schmelzpunkt von Mo liegt bei 2623-5°C).
Die Erfindung betrifft somit ein Verfahren zur Kaltverformung von Molybdän durch Rückwärts-Fließpressen, wobei vorher eine vollständige Rekristallisation durchgeführt wird. Das Verfahren wird vorteilhaft folgendermaßen durchgeführt:
  • Ein Molybdän-Draht im Durchmesserbereich des späteren Fertigproduktes wird unter Vakuum oder Schutzgas bei Temperaturen oberhalb 1400°C vollständig rekristallisiert und unter Vakuum oder Schutzgas abgekühlt. Abschnitte aus dem so rekristallisierten Material werden bei Raumtemperatur zu rotationssymmetrischen Fertigteilen fließgepresst.
  • Die wesentlichen Vorteile des Verfahrens sind: Zum einen kann das Material wesentlich besser genutzt werden als beim Tiefziehen. Weiter können Teile mit dickeren oder geformten Böden durch Rückwärts-Fließpressen hergestellt werden. Das Verfahren eignet sich auch für andere spröde Metalle oder deren Legierungen, z.B. für Chrom oder Wolfram.
  • Industriell kann das Verfahren z.B. zur Herstellung von Mo-Kappen für die Lichttechnik angewandt werden. So hergestellte Teile können als Stromdurchführung durch Glas oder Keramik-Kolben und als Emitter-Elektroden bei CCFL Lampen (Cold Cathode Fluorescent Lighting) bzw. Kaltkathodenlampen (KKL)3 eingesetzt werden.
  • Das folgende Ausführungsbeispiel erläutert die Erfindung näher, ohne sie zu beschränken.
    • Beschreibung der Zeichnungen
    Fig. 1 zeigt den Längsschliff eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Molybdän-Käppchens im Maßstab 50:1.
    Beispiel:
    Aus einem bei > 1400°C unter Vakuum rekristallisierten und unter Vakuum abgekühlten 1 mm Mo-Drahtabschnitt wird unter einem Druck von ca. 1500 MPa bei Raumtemperatur auf einer Presse ein geformtes Käppchen rückwärts fließgepreßt.
    Solche Kappen können als Emitter-Elektroden in CCFL Lampen eingesetzt werden.
    Nach dem beschriebenen Verfahren wird der eingesetzte Werkstoff zu 100% abfallfrei umgeformt.
    Der mikroskopische Längsschliff durch eine nach diesem Verfahren hergestellte Kappe in Fig. 1 zeigt, daß auf diesem Weg rißfreie rotationssymmetrische Formteile hergestellt werden können.

    Claims (7)

    1. Verfahren zur Kaltverformung von Molybdän durch Rückwärts-Fließpressen, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Kaltverformung eine vollständige Rekristallisation durchgeführt wird.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rekristallisation unter Schutzgas und/oder Vakuum durchgeführt wird.
    3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rekristallisation bei Temperaturen oberhalb 1300°C durchgeführt wird.
    4. Verfahren nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
      A) ein Molybdän-Werkstück unter Vakuum und/oder Schutzgas bei Temperaturen oberhalb 1400°C vollständig rekristallisiert wird,
      B) das Werkstück unter Vakuum und/oder Schutzgas abgekühlt wird,
      C) Abschnitte aus dem so rekristallisierten Werkstück bei Raumtemperatur zu Fertigteilen fließgepreßt werden.
    5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die Fertigteile rotationssymmetrisch gepreßt werden.
    6. Verwendung von nach einem der Ansprüche 1 bis 5 fließgepreßten Molybdän-Formteilen in der Lichttechnik.
    7. Verwendung nach Anspruch 6 zur Herstellung von Stromdurchführungen durch Glas- oder Keramik-Kolben oder zur Herstellung von Emitter-Elektroden in CCFL- bzw. Kaltkathodenlampen.
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