EP3251767A1 - Verfahren zur herstellung eines profils aus einer metalllegierung - Google Patents

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EP3251767A1
EP3251767A1 EP17173647.3A EP17173647A EP3251767A1 EP 3251767 A1 EP3251767 A1 EP 3251767A1 EP 17173647 A EP17173647 A EP 17173647A EP 3251767 A1 EP3251767 A1 EP 3251767A1
Authority
EP
European Patent Office
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profile
metal alloy
die
cylinder
particles
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP17173647.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Rudolf Gradinger
Andreas Betz
Stefan Gneiger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
LKR Leichtmetallkompetenzzentrum Ranshofen GmbH
Original Assignee
LKR Leichtmetallkompetenzzentrum Ranshofen GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by LKR Leichtmetallkompetenzzentrum Ranshofen GmbH filed Critical LKR Leichtmetallkompetenzzentrum Ranshofen GmbH
Publication of EP3251767A1 publication Critical patent/EP3251767A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D17/00—Pressure die casting or injection die casting, i.e. casting in which the metal is forced into a mould under high pressure
    • B22D17/007—Semi-solid pressure die casting
    • 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
    • B21C23/00—Extruding metal; Impact extrusion
    • B21C23/005—Continuous extrusion starting from solid state material
    • 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
    • B21C29/00—Cooling or heating work or parts of the extrusion press; Gas treatment of work
    • B21C29/006—Gas treatment of work, e.g. to prevent oxidation or to create surface effects
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/007—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths of composite ingots, i.e. two or more molten metals of different compositions being used to integrally cast the ingots
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D17/00—Pressure die casting or injection die casting, i.e. casting in which the metal is forced into a mould under high pressure
    • B22D17/20—Accessories: Details
    • B22D17/2015—Means for forcing the molten metal into the die
    • B22D17/2061—Means for forcing the molten metal into the die using screws
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D19/00—Casting in, on, or around objects which form part of the product
    • B22D19/14—Casting in, on, or around objects which form part of the product the objects being filamentary or particulate in form
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C47/00—Making alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments
    • C22C47/08—Making alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments by contacting the fibres or filaments with molten metal, e.g. by infiltrating the fibres or filaments placed in a mould

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a profile from a metal alloy, wherein the metal alloy is processed in the partially liquid state.
  • the known processes for processing material in the semi-solid or semisolid state are thixomolding processes.
  • a granulate of a metal alloy is partially melted in a barrel with a screw and subjected to a shear stress with the screw to bring the material in a thixotropic state.
  • the material is injected into a mold or cavity by an axial stroke is performed with the screw.
  • Metal matrix composite (MMC) composites are constructed of a metal matrix with an internal reinforcement.
  • MMC Metal matrix composite
  • the object of the invention is to provide a method of the type mentioned, with which it is possible to process chips, granules or the like of a metal alloy in only one step to a solid or semi-solid material for a metal matrix composite material.
  • An advantage achieved by the invention is to be seen in particular in the fact that in an extrusion process in the two-phase region in the metal matrix composite, a strength-increasing effect can be achieved.
  • a strength of the profile produced by the method according to the invention is increased.
  • the particle size and particle type is chosen to produce a strength enhancing effect in the metal matrix composite.
  • ceramic particles such as particles of silicon carbide can be incorporated.
  • a pre-wetting of the particles by the alloy to be reinforced is necessary, which is given in the semi-liquid range.
  • the chips and particles are continuously processed into a profile usable as a starting material for a metal matrix composite in just one step by applying shear forces.
  • the profile can be made solid or semi-solid or not completely solidified.
  • a profile produced by the method according to the invention or a metal matrix composite material can also be remelted and / or reshaped without demixing of the metal alloy and of the particles.
  • the continuous process of the present invention it is possible to produce a large amount of metal matrix composite in a relatively short time. Consequently, a profile usable as a metal matrix composite material can be produced which can be further processed into components in industrial casting methods and forming methods.
  • the particles are either fed directly into the process or mixed with the chips from a metal alloy before the start of the process and then added as a mixture to the process. It is understood that the metal alloy may be in a different form, for example as granules or particles.
  • profiles can be produced with different sized solid phase fractions.
  • solid phase fractions between 2% and 30%, in particular between 5% and 35%, particularly preferably between 8% and 50% processed.
  • solid phase fractions for example, between 70% and 97%, in particular between 65% and 95%, particularly preferably between 60% and 90%, processed.
  • the metal alloy and particles are processed by at least one worm shaft arranged in a cylinder, with a resulting partially liquid material being transported via the at least one worm shaft to a die.
  • chips made of a metal alloy and particles from above are fed via a funnel to the cylinder with the worm shaft, where they are brought into a thixotropic state with the application of shear forces and processed.
  • the strength-increasing particles are fed directly to the chips in the hopper and then metered into the cylinder, where they are incorporated into the chips.
  • the worm shaft is in particular conical and is driven by a motor with preferably low rotational speeds to a rotational movement about its longitudinal axis.
  • a sufficiently high dynamic pressure is built up, so that pressing the material through the die creates a solid profile with a homogeneous structure. If a semi-solid profile is to be produced, a die is not absolutely necessary since only a small dynamic pressure is necessary to produce a semi-solid profile.
  • the die is designed for this purpose so that it has a sufficiently high hardness for pushing through material made of a metal alloy to a To produce starting material for a metal matrix composite material.
  • the die is releasably secured to one end of the cylinder, in particular screws from high temperature tool steel are used for fastening.
  • a geometry, in particular a cross-section, of the profile is determined by a shape of the die.
  • the profile is made, for example, with a rectangular, circular or annular cross-section.
  • the profile produced is used as a starting material for a metal matrix composite material and can then be further processed, for example, this can be further processed into a component in a casting process.
  • the metal alloy and particles are processed and transported with two worm shafts rotating in the cylinder, the worm shafts in particular being driven in synchronism. These rotate around their respective longitudinal axis.
  • the use of two screw shafts ensures a thorough mixing of the material components and, in addition, a shear necessary for the production of a thixotropic state is introduced into the material. This allows mixing of different particles directly in the funnel.
  • the conical worm shafts are driven in particular concurrently, but can also be driven in opposite directions. Conical worm shafts have a large axial distance, which is why a torque can be readily introduced.
  • Co-rotating worm shafts can be used for plasticizing, mixing, homogenizing and granulating.
  • the worm shafts are driven by a drive at low speeds to ensure adequate mixing and applying shear forces. If the speeds are too high, the material will not be thoroughly mixed, but only pushed further.
  • a rotational speed of the screw shafts may be, for example, about 10 rpm to 40 rpm, in particular 12 rpm to 35 rpm, more preferably 15 rpm to 30 rpm. The rotational speed depends on a size of the extruder.
  • a discharge mass of the profile from the cylinder or the die of the extruder can be at least about 8 kg / h, in particular about at least 10 kg / h, particularly preferably at least about 13 kg / h, and in the production of a solid profile per unit time a semi-solid profile of at least about 30 kg / h, in particular at least about 40 kg / h, particularly preferably at least about 45 kg / h.
  • the material is heated in the cylinder and partially melted. This wets the particles and partially melted material.
  • heating sleeves or other heating elements can be arranged on the cylinder.
  • insulating mats can be placed on the cylinder, so that heating accelerates and an exiting radiant heat is minimized.
  • the material is partially melted by the effect of temperature so that this is present in the partially liquid state. Subsequently, the material is conveyed by applying shear forces in the direction of the die and pressed continuously through the die, whereby the profile is formed.
  • the profile is protected from oxidation by a protective gas curtain provided in front of a female mold. After exiting the cylinder or passing through the die, the profile is still hot.
  • a protective gas curtain provided in front of a female mold. After exiting the cylinder or passing through the die, the profile is still hot.
  • for several components of the extruder protective fumigation is provided so that the material is protected throughout the production of the profile throughout from oxidation.
  • Fig. 1 shows an extruder E for carrying out a method according to the invention.
  • the extruder E is designed to produce a profile 1 of a metal alloy and comprises a cylinder 2, in which at least one worm shaft 3 is arranged.
  • a die 4 is provided, through which a material of a metal alloy and strength-increasing particles is pressed.
  • the die 4 is releasably secured to the cylinder 2 with screws of high temperature tool steel.
  • a heating device 5 is provided with which the material in the cylinder 2 is heated and partially melted.
  • the worm shaft 3 is driven by a drive 6, which is designed in particular as a frequency-controlled AC motor. This drives the worm shaft 3 at low speed.
  • the extruder E comprises a funnel 7 and a heat exchanger 8 or heat exchanger, wherein the heat exchanger 8 is designed in particular as an oil-air heat exchanger.
  • two screw shafts 3 are provided, whereby the extruder E is designed as a so-called twin-screw extruder.
  • the worm shafts 3 are conical and are driven synchronously or counter-rotating, wherein the worm shafts 3 are arranged in the cylinder 2.
  • the screw shafts 3 can be removed from the cylinder 2.
  • the use of two screw shafts 3 allows a good mixing of the material and the penetration of the necessary shear in the same.
  • chips made of a metal alloy are fed to an extruder E, wherein strength-enhancing particles are incorporated.
  • the particles are in particular mixed directly in a funnel 7 with the chips.
  • the material is guided from chips and particles in the cylinder 2.
  • the cylinder 2 in particular two screw shafts 3 are arranged, which mix the material and bring in a necessary shear.
  • the material is further transported via the screw shafts 3 to a die 4.
  • the cylinder 2 with the screw shafts 3 is heated, so that the material is partially melted and a partially liquid state.
  • the mixed and partially melted material is forced through the die 4 under the action of shear forces, thereby producing the profile 1 which is used as a starting material for a metal matrix composite.
  • a cross section of the profile 1 is determined by a shape of the die 2.
  • the worm shafts 3 rotate in particular concurrently in the cylinder 2.
  • a protective gas curtain is provided to protect the still hot at the exit point profile 1 from oxidation.
  • a profile 1 produced by the method according to the invention is used as a starting material for a metal matrix composite material and can be remelted and / or reshaped.
  • a magnesium alloy profile 1 is prepared for a metal matrix composite starting material that can be further processed like a conventional magnesium alloy in a die casting process.
  • the extruder E is formed without a die 4.
  • the dynamic pressure is built up at a different location of the extruder E. Consequently, the material can be withdrawn from the extruder E in a semi-solid state and used further.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Profils (1) aus einer Metalllegierung, wobei die Metalllegierung im teilflüssigen Zustand verarbeitet wird, wobei die insbesondere in Form von Spänen vorliegende Metalllegierung mit einem Extruder (E) kontinuierlich extrudiert wird, wobei festigkeitssteigernde Partikel eingearbeitet werden, um ein Vormaterial für einen Metallmatrix-Verbundwerkstoff herzustellen.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Profils aus einer Metalllegierung, wobei die Metalllegierung im teilflüssigen Zustand verarbeitet wird.
  • Für die Herstellung von Halbzeugen oder Werkstücken aus Metallen oder Legierungen sind verschiedene Gießverfahren wie das Stranggießen oder der Kokillenguss bekannt. Insbesondere Komponenten aus Leichtmetallen werden häufig auch endabmessungsnah im Druckguss erstellt, wobei eine Schmelze in eine Kavität gegossen wird. In jüngerer Zeit sind im weiteren Zusammenhang damit auch Verfahren entwickelt worden, bei welchen das zu verarbeitende Material in einen teilflüssigen Zustand gebracht und in diesem Zustand verarbeitet bzw. in eine Kavität gegossen wird, um ein Werkstück auszubilden. Hierfür werden Legierungen in der Regel auf eine Temperatur gebracht, die zwischen der Soliduskurve und der Liquiduskurve liegt, sodass im verarbeiteten Material sowohl feste als auch flüssige Phasenanteile vorliegen. Die Verarbeitung von teilflüssigem Material unter Einbringung einer Scherung führt zu einem rundlich eingeformten Gefüge, wodurch üblicherweise auch gute Materialkennwerte erreicht werden.
  • Bei den bekannten Verfahren zur Verarbeitung von Material im teilflüssigen bzw. semisolid Zustand handelt es sich um Thixomolding-Verfahren. Dabei wird ein Granulat einer Metalllegierung in einem Barrel mit einer Schnecke teilweise aufgeschmolzen und mit der Schnecke einer Scherbeanspruchung unterworfen, um das Material in einen thixotropen Zustand zu bringen. Anschließend wird das Material in eine Form bzw. Kavität eingespritzt, indem mit der Schnecke ein axialer Hub ausgeführt wird. Wenngleich mit einem Thixomolding-Verfahren Bauteile endabmessungsnah hergestellt werden können, ist die Technologie aufwendig, weil die Kavitäten gegenüber dem Barrel nach jedem Einspritzvorgang dicht sein müssen, bis der nächste Einspritzvorgang folgt. Insbesondere ist eine kontinuierliche Herstellung eines Stranges oder dergleichen nicht möglich.
  • Metallmatrix-Verbundwerkstoffe (metal matrix composite, MMC) sind aus einer Metallmatrix mit einer innenseitigen Verstärkung aufgebaut. Aus dem Stand der Technik sind mehrere Arten zur Herstellung von derartigen Metallmatrix-Verbundwerkstoffen bekannt, welche jedoch alle aufwendig sind.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, mit welchem es möglich ist, Späne, Granulat oder dergleichen aus einer Metalllegierung in nur einem Schritt zu einem festen oder halbfesten Vormaterial für einen Metallmatrix-Verbundstoff zu verarbeiten.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass bei einem Verfahren der eingangs genannten Art die insbesondere in Form von Spänen vorliegende Metalllegierung mit einem Extruder kontinuierlich extrudiert wird, wobei festigkeitssteigernde Partikel eingearbeitet werden, um ein Vormaterial für einen Metallmatrix-Verbundwerkstoff herzustellen.
  • Ein mit der Erfindung erzielter Vorteil ist insbesondere darin zu sehen, dass bei einem Extrusionsverfahren im Zweiphasengebiet im Metallmatrix-Verbundwerkstoff eine festigkeitssteigernde Wirkung erzielt werden kann. Es werden somit die Vorteile einer Verarbeitung im thixotropen Zustand mit den Vorteilen einer kontinuierlichen Verfahrensführung kombiniert. Durch die Zuführung von festigkeitssteigernden Partikeln wird eine Festigkeit des durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellten Profils erhöht. Die Partikelgröße und Partikelart wird so gewählt, dass eine festigkeitssteigernde Wirkung im Metallmatrix-Verbundwerkstoff erzeugt wird. Beispielsweise können keramische Partikel wie Partikel aus Siliciumcarbid eingearbeitet werden. Um eine festigkeitssteigernde Wirkung zu erreichen, ist eine Vorbenetzung der Partikel durch die zu verstärkende Legierung notwendig, was im teilflüssigen Bereich gegeben ist.
  • Die Späne und Partikel werden in nur einem Schritt unter Aufbringung von Scherkräften kontinuierlich zu einem als Vormaterial für einen Metallmatrix-Verbundwerkstoff verwendbaren Profil verarbeitet. Das Profil kann dabei fest oder halbfest bzw. nicht vollständig erstarrt hergestellt werden. Ein durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestelltes Profil bzw. ein Metallmatrix-Verbundwerkstoff kann auch wieder aufgeschmolzen und/oder umgeformt werden, ohne dass eine Entmischung der Metalllegierung und der Partikel erfolgt. Ferner ist es durch das erfindungsgemäße kontinuierliche Verfahren möglich, eine große Menge an Metallmatrix-Verbundwerkstoff in relativ kurzer Zeit herzustellen. Folglich kann ein als Metallmatrix-Verbundwerkstoff verwendbares Profil hergestellt werden, welches in industriellen Gießverfahren und Umformverfahren zu Bauteilen weiter verarbeitet werden kann. Es ergibt sich somit weiter die Möglichkeit, ein Herstellungsverfahren für ein Vormaterial und einen Gussprozess oder Umformprozess räumlich und zeitlich voneinander zu trennen. Die Partikel werden dabei entweder unmittelbar im Prozess zugeführt oder schon vor Prozessbeginn mit den Spänen aus einer Metalllegierung vermischt und anschließend als Gemisch dem Prozess zugegeben. Es versteht sich, dass die Metalllegierung in einer anderen Form vorliegen kann, beispielsweise als Granulat oder Partikel.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können Profile mit unterschiedlich großen Festphasenanteilen hergestellt werden. Bei einer Herstellung eines halbfesten Profils werden z. B. Festphasenanteile zwischen 2 % und 30 %, insbesondere zwischen 5 % und 35 %, besonders bevorzugt zwischen 8 % und 50 %, verarbeitet. Bei der Herstellung eines festen Profils werden hingegen beispielsweise Festphasenanteile zwischen 70 % und 97 %, insbesondere zwischen 65 % und 95 %, besonders bevorzugt zwischen 60 % und 90 %, verarbeitet.
  • Es ist von Vorteil, wenn die Metalllegierung und Partikel durch zumindest eine in einem Zylinder angeordnete Schneckenwelle bearbeitet werden, wobei ein entstehendes teilflüssiges Material über die zumindest eine Schneckenwelle zu einer Matrize transportiert wird. Insbesondere werden Späne aus einer Metalllegierung und Partikel von oben über einen Trichter dem Zylinder mit der Schneckenwelle zugeführt, wo diese unter Aufbringung von Scherkräften in einen thixotropen Zustand gebracht und verarbeitet werden. Besonders bevorzugt werden die festigkeitssteigernden Partikel direkt im Trichter den Spänen zugeführt und anschließend in den Zylinder dosiert, wo diese in die Späne eingearbeitet werden. Die Schneckenwelle ist insbesondere konisch ausgebildet und wird von einem Motor mit bevorzugt geringen Drehzahlen zu einer Drehbewegung um deren Längsachse angetrieben. Im Bereich der Matrize wird ein genügend hoher Staudruck aufgebaut, sodass durch das Drücken des Materials durch die Matrize ein festes Profil mit einem homogenen Gefüge entsteht. Soll ein halbfestes Profil hergestellt werden, ist eine Matrize nicht zwingend notwendig, da zur Herstellung eines halbfesten Profils nur ein geringer Staudruck notwendig ist.
  • Vorteilhaft ist es, wenn das Material kontinuierlich durch die Matrize gedrückt wird, um das Profil herzustellen. Die Matrize ist hierfür so ausgebildet, dass diese eine genügend hohe Härte zum Durchdrücken von Material aus einer Metalllegierung aufweist, um ein Vormaterial für einen Metallmatrix-Verbundwerkstoff herzustellen. Darüber hinaus wird die Matrize lösbar an einem Ende des Zylinders befestigt, wobei zur Befestigung insbesondere Schrauben aus Hochtemperatur-Werkzeugstahl verwendet werden. Eine Geometrie, insbesondere ein Querschnitt, des Profils wird durch eine Form der Matrize bestimmt. Das Profil wird beispielsweise mit einem rechteckigen, kreisförmigen oder ringförmigen Querschnitt hergestellt. Das hergestellte Profil wird als ein Vormaterial für einen Metallmatrix-Verbundwerkstoff verwendet und kann anschließend weiterverarbeitet werden, beispielsweise kann dieses in einem Gießverfahren zu einem Bauteil weiterverarbeitet werden.
  • Besonders zweckmäßig ist es, wenn die Metalllegierung und Partikel mit zwei im Zylinder rotierenden Schneckenwellen bearbeitet und transportiert werden, wobei die Schneckenwellen insbesondere gleichlaufend angetrieben werden. Diese drehen sich dabei um deren jeweilige Längsachse. Die Verwendung von zwei Schneckenwellen gewährleistet eine gute Durchmischung der Materialbestandteile und es wird zudem eine für die Herstellung eines thixotropen Zustandes notwendige Scherung in das Material eingebracht. Dadurch wird ein Beimischen von verschiedenen Partikeln direkt im Trichter ermöglicht. Die konisch ausgebildeten Schneckenwellen werden insbesondere gleichlaufend angetrieben, können jedoch auch gegenlaufend angetrieben werden. Konische Schneckenwellen weisen einen großen Achsenabstand auf, weshalb ein Drehmoment ohne Weiteres eingebracht werden kann. Ferner ist eine Scherung in Richtung eines Austragsbereiches aufgrund einer abnehmenden Schneckenumfangsgeschwindigkeit gering, weshalb auch scherempfindliche Rezepturen verwertet werden können. Gleichlaufend angetriebene Schneckenwellen reinigen sich selbst, da diese sich gegenseitig abstreifen. Darüber hinaus wird das Material durch die Schneckenwellen in Längsrichtung in einem offenen System transportiert, wobei Schneckengänge durchgehende Kanäle bilden. Ein Transport des Materials basiert hauptsächlich auf Schleppströmung, weshalb ein Durchsatz stark gegendruckabhängig ist.
  • Gleichlaufende Schneckenwellen können zum Plastifizieren, Mischen, Homogenisieren und Granulieren verwendet werden. Des Weiteren können damit teils mit regulären Mitteln unbenetzbare Additive wie Partikeln, Fasern und/oder Pigmenten dispergiert sowie Produkte mit unterschiedlicher Viskosität homogenisiert werden. Die Schneckenwellen werden von einem Antrieb mit niedrigen Drehzahlen angetrieben, um eine ausreichende Durchmischung und ein Aufbringen von Scherkräften sicherzustellen. Bei zu hohen Drehzahlen wird das Material nicht ausreichend durchmischt, sondern nur weitergeschoben. Eine Drehgeschwindigkeit der Schneckenwellen kann beispielsweise etwa 10 Umdrehungen/min bis 40 Umdrehungen/min, insbesondere 12 Umdrehungen/min bis 35 Umdrehungen/min, besonders bevorzugt 15 Umdrehungen/min bis 30 Umdrehungen/min, betragen. Die Drehgeschwindigkeit ist abhängig von einer Größe des Extruders. Eine Austrittsmasse des Profils aus dem Zylinder bzw. der Matrize des Extruders kann bei einer Herstellung eines festen Profils pro Zeiteinheit mindestens etwa 8 kg/h, insbesondere etwa mindestens 10 kg/h, besonders bevorzugt mindestens etwa 13 kg/h, und bei der Herstellung eines halbfesten Profils mindestens etwa 30 kg/h, insbesondere mindestens etwa 40 kg/h, besonders bevorzugt mindestens etwa 45 kg/h, betragen.
  • Günstig ist es, wenn das Material im Zylinder erwärmt und teilweise aufgeschmolzen wird. Dadurch werden die Partikel und das teilweise geschmolzene Material benetzt. Zur Erwärmung können beispielsweise Heizmanschetten oder andere Heizelemente auf dem Zylinder angeordnet sein. Darüber hinaus können beispielsweise Isoliermatten auf den Zylinder gelegt werden, sodass ein Aufheizen beschleunigt und eine austretende Strahlungswärme minimiert wird. Insbesondere wird das Material durch die Temperatureinwirkung so teilweise aufgeschmolzen, dass dieses im teilflüssigen Zustand vorliegt. In weiterer Folge wird das Material unter Aufbringung von Scherkräften in Richtung der Matrize befördert und kontinuierlich durch die Matrize gedrückt, wodurch das Profil geformt wird. Durch die beim erfindungsgemäßen Verfahren auftretenden hohen Scherkräfte und erhöhten Temperaturen wird eine festigkeitssteigernde Wirkung der Metalllegierung erreicht, sodass ein Profil hergestellt wird, welcher als ein Vormaterial für einen Metallmatrix-Verbundwerkstoff verwendet werden kann. Ferner ist es günstig, wenn am Ende des Zylinders eine Kühlung vorgesehen ist, beispielsweise eine Luftkühlung, sodass das Material vor einem Durchtritt durch die Matrize abgekühlt wird. Mit einer Luftkühlung wird eine Brandgefahr so gering wie möglich gehalten.
  • Es ist von Vorteil, wenn das Profil durch einen vor einer Matrize vorgesehenen Schutzgasvorhang vor Oxidation geschützt wird. Nach einem Austritt aus dem Zylinder bzw. Durchtritt durch die Matrize ist das Profil noch heiß. Darüber hinaus kann auch vorgesehen sein, dass für mehrere Bestandteile des Extruders eine Schutzbegasung vorgesehen ist, sodass das Material bei der Herstellung des Profils durchgehend vor Oxidation geschützt wird.
  • Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen ergeben sich aus dem nachfolgend dargestellten Ausführungsbeispiel. In der Zeichnung, auf welche dabei Bezug genommen wird, zeigt:
    • Fig. 1 einen Extruder.
  • Fig. 1 zeigt einen Extruder E zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Der Extruder E ist zur Herstellung eines Profils 1 aus einer Metalllegierung ausgebildet und umfasst einen Zylinder 2, in welchem zumindest eine Schneckenwelle 3 angeordnet ist. Am Ende des Zylinders 2 ist eine Matrize 4 vorgesehen, durch welche ein Material aus einer Metalllegierung und festigkeitssteigernden Partikeln gedrückt wird. Die Matrize 4 ist mit Schrauben aus Hochtemperatur-Werkzeugstahl lösbar am Zylinder 2 befestigt. Darüber hinaus ist eine Heizeinrichtung 5 vorgesehen, mit welcher das Material im Zylinder 2 erwärmt und teilweise aufgeschmolzen wird. Die Schneckenwelle 3 wird von einem Antrieb 6 angetrieben, welcher insbesondere als frequenzgeregelter Wechselstrommotor ausgebildet ist. Dieser treibt die Schneckenwelle 3 mit geringer Drehzahl an. Weiter umfasst der Extruder E einen Trichter 7 sowie einen Wärmetauscher 8 bzw. Wärmeübertrager, wobei der Wärmetauscher 8 insbesondere als Öl-Luft-Wärmetauscher ausgebildet ist.
  • Besonders bevorzugt sind zwei Schneckenwellen 3 vorgesehen, wodurch der Extruder E als sogenannter Zweischneckenextruder ausgebildet ist. Die Schneckenwellen 3 sind konisch ausgebildet und werden gleichlaufend oder gegenlaufend angetrieben, wobei die Schneckenwellen 3 im Zylinder 2 angeordnet sind. Für Wartungszwecke können die Schneckenwellen 3 aus dem Zylinder 2 entnommen werden. Die Verwendung von zwei Schneckenwellen 3 erlaubt eine gute Durchmischung des Materials sowie das Eindringen der notwendigen Scherung in dasselbe.
  • Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Profils 1 aus einer Metalllegierung werden Späne aus einer Metalllegierung einen Extruder E zugeführt, wobei festigkeitssteigernde Partikel eingearbeitet werden. Die Partikel werden insbesondere direkt in einem Trichter 7 mit den Spänen vermischt. Über den Trichter 7 wird das Material aus Spänen und Partikel in den Zylinder 2 geführt. Im Zylinder 2 sind insbesondere zwei Schneckenwellen 3 angeordnet, welche das Material durchmischen und eine notwendige Scherung einbringen. Das Material wird weiter über die Schneckenwellen 3 zu einer Matrize 4 transportiert. Der Zylinder 2 mit den Schneckenwellen 3 wird erwärmt, sodass das Material teilweise aufgeschmolzen wird und ein teilflüssiger Zustand vorliegt. Das vermischte und teilweise aufgeschmolzene Material wird unter Einwirkung von Scherkräften durch die Matrize 4 gedrückt, wodurch das Profil 1 hergestellt wird, welcher als Vormaterial für einen Metallmatrix-Verbundwerkstoff verwendet wird. Ein Querschnitt des Profils 1 wird durch eine Form der Matrize 2 bestimmt. Die Schneckenwellen 3 rotieren insbesondere gleichlaufend im Zylinder 2. Am Ausgang der Matrize 4 bzw. vor derselben ist ein Schutzgasvorhang vorgesehen, um das am Austrittspunkt noch heiße Profil 1 vor Oxidation zu schützen. Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann ein festes oder halbfestes Profil 1 hergestellt werden, abhängig davon, wie hoch die Festphasenanteile sind. Ein durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestelltes Profil 1 wird als Vormaterial für einen Metallmatrix-Verbundwerkstoff verwendet und kann wieder aufgeschmolzen und/oder umgeformt werden. Beispielsweise wird ein Profil 1 aus einer Magnesiumlegierung für ein Vormaterial für einen Metallmatrix-Verbundwerkstoff hergestellt, welches wie eine konventionelle Magnesiumlegierung in einem Druckgussverfahren weiterverarbeitet werden kann.
  • Es kann auch vorgesehen sein, dass der Extruder E ohne Matrize 4 ausgebildet ist. Dabei wird der Staudruck an einem anderen Ort des Extruders E aufgebaut. Folglich kann das Material in einem halbfesten Zustand aus dem Extruder E entnommen und weiterverwendet werden.

Claims (6)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Profils (1) aus einer Metalllegierung, wobei die Metalllegierung im teilflüssigen Zustand verarbeitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die insbesondere in Form von Spänen vorliegende Metalllegierung mit einem Extruder (E) kontinuierlich extrudiert wird, wobei festigkeitssteigernde Partikel eingearbeitet werden, um ein Vormaterial für einen Metallmatrix-Verbundwerkstoff herzustellen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Metalllegierung und Partikel durch zumindest eine in einem Zylinder (2) angeordnete Schneckenwelle (3) bearbeitet werden, wobei ein entstehendes teilflüssiges Material über die zumindest eine Schneckenwelle (3) zu einer Matrize (4) transportiert wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Material kontinuierlich durch die Matrize (4) gedrückt wird, um das Profil (1) herzustellen.
  4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Metalllegierung und Partikel mit zwei im Zylinder (2) rotierenden Schneckenwellen (3) bearbeitet und transportiert werden, wobei die Schneckenwellen (3) insbesondere gleichlaufend angetrieben werden.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Material im Zylinder (2) erwärmt und teilweise aufgeschmolzen wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil (1) durch einen vor einer Matrize (4) vorgesehenen Schutzgasvorhang vor Oxidation geschützt wird.
EP17173647.3A 2016-05-31 2017-05-31 Verfahren zur herstellung eines profils aus einer metalllegierung Withdrawn EP3251767A1 (de)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
ATA50489/2016A AT518824A1 (de) 2016-05-31 2016-05-31 Verfahren zur Herstellung eines Profils aus einer Metalllegierung

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