NO771128L - Kryogenforming av deformasjonsherdede plater av kubisk flatesentrert metall. - Google Patents

Description

Kryogen forming av deformasjonsherdede plater

av kubisk flatesentrert metall.

Foreliggende oppfinnelse angår kryogen forming av deformasjonsherdede plater av kubisk flatesentrert metall til formede gjenstander av ønsket konfigurasjon. Mere spesielt angår oppfinnelsen en fremgangsmåte for forming av deformasjonsherdede plater av kubisk flatsentrert metall, spesielt deformasjonsherdede plater av aluminium og aluminiumslegeringer, til formede gjenstander av ønsket konfigurasjon ved deforméring av metallplatene under strekkspenning ved en temperatur i størrelsesorden -100°C til -200°C.

Som en generell regel er kubiske flatesentrerte metaller, slik som aluminium og aluminiumslegeringer, blant de lettest form-bare av de vanligvis fremstilte metaller. Som et resultat har aluminium og aluminiumslegeringer, funnet en utstrakt bruk ved konstruksjoner, tranpsort- og forpakningsindustrien til forskjellige formål. Den utstrakte bruken av aluminium og aluminiumslegeringer har imidlertid vært noe begrenset, spesielt i automobil-industrien, på grunn av det faktum at tynne plater av aluminium og aluminiumslegeringer, hvilke benyttes til å forme støtfangere, dører o.l., har en tendens til å brekke, rives i stykker eller undergå diskontinuerlige deformeringer under formingen. Videre har man funnet at deler, laget av slike plater av aluminium og aluminiumslegeringer har dårlig motstandsevne overfor skraper og bulker. Deretter er fordelene ved å anvende mere aluminium og aluminiumslegeringer ved fremstilling av biler, noe som ville resultere i lettere og mere effektive biler, mer enn oppveiet av problemer i forbindelse med formbarheten og av den dårlige skrape-og bulkmotstandsevne, slik som beskrevet ovenfor.

Den generelle økning av duktiliteten ved kryogenetempera-turer, som kubisk flatesentrerte metaller og legeringer derav viser, er velkjent i denne teknikk. For eksempel viser de data,

som presenteres i "Cryogenic Materials Data Handbook", AFML,

TDR, 64, 280, juli 1970, at duktiliteten for utglødede kubisk flatesentrerte metaller o.l., målt ved strekkforlengels, er i størrelsesorden 50-100% høyere ved -196°C enn ved 25°C. Denne oppførsel antyder umiddelbart at slike kubisk flatesentrerte materialer vil vise øket formbarhet ved r,.196°C sammenlignet med ved 25°C, og US-patent nr. 3.266.946 viser at en 100% økning av strekkforlengelsen ved 196°C, sammenlignet med 25°C, resulterer i en 100% økning i den oppnåelige bølgedybde i en metallbelg fremstilt fra aluminium- eller magnesiumlegeringsplater.

Foreliggende oppfinnelse angår fremstilling av formede gjenstander av ønsket konfigurasjon fra deformeringsherdede plater av kubiske flatesentrerte metaller ved en formingsopera-sjon hvori platen, som formes, ikke undergår noen frakturering eller istykkerriving. Videre er formede gjenstander, som frem-stilles ifølge oppfinnelsen,karakterisert vedforbedret motstandsevne overfor overflateskraping og bulking og ved vesentlig forbedret strekkfasthet, som igjen tillater en høyere belastnings-kåpasitet. Grunnen til dette er det faktum at strekkforlengelsen for deformasjonsherdede kubiske flatesentrert metall- og leger-ingsflater kan være opptil 1000% høyere, ved -196°C, enn ved 25°C. Dette i sterk kontrast til den meget mindre 50-100%'s økning i strekkforlengelse over det samme temperaturområde, som vises ved utglødede kubisk flatesentrerte materialer. Som et resultat, oppnås uventet stor økning i formbarheten ved forming av' deformasjonsherdede kubis flatesentrerte metall- og legeringes-plater til formede gjenstander med ønsket konfigurasjon ved kryogene temperaturer enn ved romtemperatur, noe som tillater deres bruk i anvendelser derøkning i styrke, skrapmotstandsevne og bulkmotstandsevne for den formede gjenstand er ønskelig. I til-legg oppnås det ifølge foreliggende oppfinnelse formede gjenstander med utmerkede overflateegenskaper som oppnås ved at man ved kryogene temperaturer undertrykker de uønskede, diskontinuerlige eller andre deformasjonskarakteristika for mange kubisk flatesentrerte metaller og legeringer ved romtemperatur. Så-ledes krever formede gjenstander, som er fremstilt ved kryogene temperaturer, ikke noen etterfølgende sliping eller polering for å gi en glatt ytre overflate.

Ifølge oppfinnelsen blir deformasjonsherdede plater av kubisk flatesentrerte metaller formet til formede gjenstander med en ønsket konfigurasjon ved deformering av metallplatene under strekkpåkjenninger ved kryogene temperaturer i størrelsesorden -100 til -200°C.

Som vel kjent i teknikken, eir kubisk f latesentrerte metaller enten metaller per se eller legeringer derav som har en tettpakket krystallstruktur, angitt som kubisk flatesentrert, som den hovedsakelige mikrostrukturene bestanddel. Eksempler på kubisk flatesentrerte metaller, er metaller per se, slik som aluminium, kobber, nikkel, bly o.l. og faste oppløsninger av slike metaller, eksemplifisert ved 3000-og 5000-seriene av aluminiumlegeringer, kobberbaserte legeringer, slik som messing og bronse, kobber-nikkellegeringer o.l. såvel som utfellingsherdede legeringer av disse metaller, blant hvilke man skal merke seg 2000-, 6000- og 7000-seriene av aluminiumlegeringer, kobberberyllium-legeringer o.l.

Imidlertid angår foreliggende oppfinnelse kun de kubisk flatesentrerte metaller og legeringer som er stabile og ikke undergår noen transformasjoner under deformering ved kryogene temperaturer. Denne begrensning eliminerer f.eks. den kubisk flatesentrerte variant av rustfrie stål som kollektivt er kjent som 300-serien, og som inneholder omtrent 18% krom og 8% nikkel, som hovedsakelige legerende elementer.

Uttrykket "metallplater", slik det heri er brukt, er

ment å omfatte metallplater med en maksimal tykkelse på ca. 5 mm, fortrinnsvis en maksimal tykkelse på 1,25 mm.

Videre angir uttrykket "deformasjonsherdet", slik det heri er benyttet, på metallplatene, slike som har oppnådd minst ca. 50% av maksimal hårdhet, fortrinnsvis minst ca. 75% av maksimal hårdhet, hensiktsmessig målt på en "Rockwell Hardness Tester".

Metallplatene kan bringes til den ønskede temperatur innen området -100 til ca. -200°C ved neddypping i et egnet kryogent medium, slik som et flytende nitrogen, eller ved et antall andre godt kjente metoder, slik som påsprøyting av en kryogen gass eller væske på metallplatene.

Formingsoperasjoner,karakterisert ved"deformasjon under strekkpåkjenninger", angår de typer prosesser der minst en del av materialet deformeres som et resultat av lokale påkjenninger, hvori den største påkjenningskomponent er strekkpåkjenningen. Det er ved disse steder at et for tidlig sammenbrudd oppstår ved forsøk på å forme gjenstanden. Et eksempel på en operasjon, som med-fører "deformering under, strekkpåkjenninger", er pressforming.

I denne prosess antar arbeidsstykket den form som legges på ved hjelp av dyne og stempel, og de pålagte krefter kan være strekk-, kompresjons-, bøye- eller skjærkrefter eller forskjellige kombi-nasjoner av disse. Imidlertid er de første steder, der et for tidlig sammenbrudd sannsyneligvis vil opptrå, de spesielle områder med store deformeringer indusert ved et lokalt påkjenningsfelt der de største påkjenninger er strekkpåkjenningene. Et eksempel på en operasjon, som ikke medfører "deformasjon under strekkpåkjenninger" , er mynting. Mynting er en presseiperasjon i lukket form der alle overflater av arbeidsstykket holdes fast og der deforma-sjonen induseres ved et lokalt påkjenningsfel hvori.de største påkjenninger er kompresjonspåkjenningene.

Ytterligere eksempler på fremgangsmåter hvori forming

av metallplater til formede gjenstander medfører deformasjon under strekkpåkjenninger er pressbøying, dyptrekking, hydrostatisk forming, eksplosjonsforming, elektromagnetisk ekspensjon, kontur-forming og andre.

I de følgende eksempler, som illustrerer foreliggende oppfinnelse og som ikke er ment å begrense denne på noen måte, ble prøveresultater bestemt i henhold til følgende prosedyrer: Strekkprøve: Prosent forlengelse i 2 tommer ved den angitte tøyningshastighet (é) ASTM E8. Forlengelsesverdiene,\som ble notert, var gjennomsnittsverdier for både longitudinell og trasversell orientering, basert på bestemmelser med fire prøve-stykker.

Hydrostatisk utbulingsprøve: Bestemmelsen av utbulings-høyden ved brudd og prosent biaksial tøyning ved brudd. Geome-trien for prøvestykkene var en skive med en diameter på 152,4 mm. Imidlertid begrenset festeanordningen det virkelige prøveareal til en sentral seksjon med en diameter på 101,6 mm.

Prøver gjennomført ved en temperatur på 25°C, ble gjen-nomført ved bruk av en enkel hånddrevet pumpe med vann som trykkmedium. Utbulingshøyde og trykk ble kontinuerlig notert under prøvene. En "Hewlett-Packard model 24 DCDT-3000 LVDT" ble benyttet for å måle forskyvningen av skivens sentrum. En "Dyniso model PT310B-10M"-trykkomformer ble benyttet for å måle pålagt trykk. Maksimal biaksial tøyning ved brudd ble bestemt fra et nett eller gitter av sirkler som skjærer hverandre, hver med en diameter på 6,3 5 mm, der nettet ble påført på hver av prøve-stykkene ved fotografiteknikk. Prøver, gjennomført ved -196°C,

ble utført ved å benytte en kryogen pumpeapparatur med flytende nitrogen som trykkmedium. Prøvestykkene ble totalt neddykket i et bad av flytende nitrogen for å sikre en konstant prøvetemper-atur på -196°C. Utbulingshøyden ble kontinuerlig notert ved hjelp av samme apparatur, som benyttet ved prøvene ved 25°C. Utbulingstrykket ble notert kontinuerlig ved å måle kraften som

ble lagt på stempelet av den kryogene pumpe. Tverrsnittsarealet for stemplet var 8,3 23 cm 2, og trykket ble beregnet ved å dividere den påførte kraft med dette areal. Den maksimale biaksiale tøy-ning ved brudd ved -196°C ble målt som nevnt ovenfor.

Eksempel 1

Dette eksempel ble gjennomført ved å anvende en deformasjonsherdet plate av en aluminiumklede 3003-H16-legering med en tykkelse på 0,2 mm. En 3003-H16-legering er en fast oppløsnings-styrket aluminiumslegering inneholdende 1,2 vekt-% mangan som jovedsakelig legerende element, hvilket videre var kaldvalset ved romtemperatur til 75% maksimal hårdhet. Overflaten av platen var kledd med et 0,01 mm tykt sjikt av 7072 aluminiumlegering inneholdende 1% sink.

Prøvestykkene ble bragt til de angitte temperaturer og underkastet strekkprøver ved disse temperaturer og ved den angitte tøvninashastiahet (é).

Eksempel 2

Dette eksempel ble gjennomført i henhold til den fremgangsmåte som er beskrevet i eks. 1 ved bruk av en 1100-H18-legeringsplate med en tykkelse på 0,178 mm. En 1100-H18-leger-ing er 99 vekt-% rent aluminium, som er kaldvalset ved romtemperatur til maksimal hårdhet.

Videre viser dette eksempel at de fordeler man forbind-er med kryogen forming, i henhold til foreliggende oppfinnelse, oppnås ved karakteristisk høye deformasjonshastigheter, dvs. ved gjennomføring av strekkprøven ved tøyningshastigheter (é) på 3,6 sek.

Eksempel 3

Dette eksempel ble gjennomført ved å bruke metallplaten

som er beskrevet i eks. 2.

Prøvestykkene ble bragt til den angitte temperatur og underkastet den hydrostatiske utbulingsprøve ved disse temperaturer .

Eksempel 4

Dette eksempel ble gjennomført ved bruk av metallplaten

som er beskrevet i eks. 2.

Prøvestykkene ble bragt til de angitte temperaturer og underkastet den hydrostatiske utbulingsprøve.

Eksempel 6

Dette eksempel ble gjennomført ifølge prosedyrene som er beskrevet i eks. 1 ved bruk av en deformasjonsherdet plate av messing (70 vekt-% kobber, 30 vekt-% sink). Messingplaten hadde en tykkelse på 0,305 mm og var kaldvalset til maksimal hårdhet.

Claims (9)

1. Fremgangsmåte for kryogen forming av en metallplate som omfatter forming av en en deformasjonsherdet plate av kubisk flatesentrert metall til en formet gjenstand av ønsket konfigurasjon ved deformering av platen under strekkpåkjenninger ved temperaturer i størrelsesorden ca. -100°C til ca. -200°C.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at platen har en maksimal tykkelse på ca. 5,08 mm.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at platen har en maksimal tykkelse på ca. 1,27 mm.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at platen er deformasjonsherdet.til minst omkring 50% maksimal hårdhet.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at platen er deformasjonsherdet til minst omkring 75% maksimal hårdhet.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at platen er av aluminium eller en aluminiumlegering.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert ved at platen er deformasjonsherdet til minst omkring 50% maksimal hårdhet og at platen er av aluminium eller aluminiumslegering.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at platen er av kobber eller kobberlegering.

9. Fremgangsmåte for kryogen forming av en metallplate som N omfatter forming av en deformasjonsherdet plate av kubisk flatesentrert metall med minst ca. 50% maksimal hårdhet og en maksimal tykkelse på ca. 5,08 mm, til en formet gjenstand av ønsket konfigurasjon ved deformering av platen under strekkpåkjenninger ved temperaturer i størrelsesorden ca. -100 til ca. -200°C.