SE462182B - Foerfarande foer framstaellning av en skyddsplatta i kompoundutfoerande saasom splitterskydd, kompoundpansar o d - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 462 182 2 hàrdmaterial i sig är tidigare kända för helt andra applikationer, t ex svensk patentansökan 7505630-9 och 8302735-9. Genom sin uppbyggnad kan sådana hàrdmaterial ges väsentligt lägre densitet än pansarplàt, medan man à andra sidan även kan ge det högre densitet än pansarplàt genom exempelvis en hög volymandel volframkarbid. Ner till den densitetsnivå, som de tidigare nämnda lättviktskompositerna har, vilka bygger pá keramik som hárdmaterial, kommer man dock inte och det är inte heller avsikten.

Det segare materialet i kompositelementen, vilket väsentli- gen utgörs av en Fe, Co och/eller Ni-baslegering, väljer man efter vad man vill att elementen ska samverka med. Vill man kunna svetsa fast elementen på någon konstruktion eller bygga upp stora elementpaket genom svetsning, så kan man välja ett lämpligt svetsbart stål. Hur stora frihetsgrader som helst har man givetvis inte, utan man måste tänka pá att hârdmaterialet och det sega materialet är tillräckligt kompatibla, t ex i fråga om 1ängdutvidgningskoefficient och fasomvandlingstemperaturer, så att man inte bygger in far- liga spänningar, vilka kan leda till sprickor.

En lämplig skillnad i längdutvidgning kan utnyttjas posi- tivt. Eftersom hàrdämnen normalt har lägre längdutvidgning än rena metalliska material kan man bygga in tryckspänningar i hârdmaterialet som ju genom sin större hårdhet har ett sprödare beteende. Härigenom får man en gynnsam effekt såtillvida att, vid samma hàrdhetsnivà, det spröda beteendet kan undertryckas genom den förspänning, som komposit- elementet bibringas.

Den överlägsna bindningen mellan kompositlamellerna i ele- menten ástadkoms genom att hârdmaterialet och det segare materialet förenas i en process som innefattar betydande plastisk bearbetning. Att förena två solida material har visat sig praktiskt ytterligt svàrbemästrat, bl a pga de oerhört stora kraven på absolut rena ytor. Om hârdmaterialet däremot föreligger i pulverform skapas hela tiden nya och 10 15 20 25 30 35 3 462 182 därigenom aktiva ytor under en kompakteringsprocess. En lämplig kompakteringsprocess har extrusion visat sig vara.

Härvid är också genomarbetningsgraden viktig. Det har visat sig att ett extrusionsförhállande på minst 6, företrädesvis minst 8, gånger räknat på det pulverformiga materialet behövs för att en god bindning ska erhållas. (Extru- sionsförhållandet definieras som utgångsarea för pulver- kroppen i förhållande till slutarean hos den nu täta delen, som tidigare bestått av pulver.) Även det sega materialet kan föreligga i pulverform före extrusionen, men detta är ej nödvändigt för att erhålla tillräckligt god vidhäftning. Att ha det sega materialet i pulverform förbättrar givetvis vidhäftningen, eftersom man då får en blandzon mellan de två materialtyperna och därigenom en mer uppruggad yta.

Att vidhäftningen mellan de två materialtyperna är extremt bra då den ovan beskrivna metoden använts, har bl a framgått vid kompatibilitetsförsök, dvs då det undersökts, hur stora skillnader i längdutvidgning, som kan tolereras utan att den kritiska spänningen överskrids så att materialet spricker.

Då man gått över tillåten gräns har sprickorna alltid uppstått någon millimeter in i hàrdmaterialet och inte i själva skarven.

Vid extrusion utgår man normalt från runda extrusionsämnen, där hårdämnespulver placerats på olika sätt för att sedan de önskade profilerna och den önskade fördelningen av hårt resp segt material ska erhållas, dvs lamellpaket enligt tidigare text. Olika konfigurationer kommer att redovisas senare i form av exempel. De önskade profilerna för den applikation, som uppfinningen avser, utgörs dock vanligen inte av rundstång, utan av mer komplicerade profiler, främst vad som närmast är att betrakta som plattprofil. Detta innebär en betydligt mer komplicerad extrusionsprocess. Det har här överraskande nog visat sig möjligt att med goda toleranser extrudera platt profil med ett förhållande bredd: höjd >7, i vissa fall >9-10 och detta utgående från ett runt extrusionsämne bestående av cirka 50 vol-% segt material och 10 15 20 25 30 35 4 62 182 4 cirka 50 vol-% hårdmaterial (med 30-70 vol-% hárdämnen) allt räknat på tätt material. Detta innebär att man till en extrusionspress med ämnescylindern 080 mm har framställt ett ämne ø76 mm (kallt mått för att klara uppvärmningen utan risk för att fastna pga glödskalsbildning el dyl) och att man från detta ämne har lyckats extrudera en stång med ett tvärsnitt 45 x 5 mm. Dimensionsbegränsningarna för denna extrusionspress bestod främst i att verktygen pga dynhållarens utformning inte medger större mått än vad som går att skriva in i en cirkel 047 mm. Hela denna area är dock inte tillgänglig pga det krav på extrusionsförhållande som diskuterats tidigare.

Den extrusionspress som har ämnescylinder ø65 eller 080 mm (som nämnts ovan) har en tillgänglig kraft av 600 ton. Andra större pressar som provats är t ex 1700 tons extrusionspress med ämnescylinder øl43 mm och med maximalt extruderat mått 065 mm (inskrivna cirkeln) respektive 3 000 tons extrusionspress med ämnescylinder från øl95 upp till maximalt 0345 mm och med motsvarande maxmátt för extruderad stång av 0125 resp 0260 mm (inskrivna cirkeln).

Genom att välja en värmebehandlingsbar grundmassa i hárdma- terialet och kombinera denna med olika former av stål kan element enligt uppfinningen med växelvisa lameller av varie- rande hårdhet erhållas. Om man t ex arbetar med titannitrid som hårdämne i hårdmaterialet kan man enkelt genom att va- riera främst t ex kolhalten, men även övriga lege- ringselement som krom och molybden och sedan anpassa värme- behandlingen till den så valda grundmassan åstadkomma ett hårdmaterial med hárdheten 800-900 eller 1200-1300 Vickers för ett och samma hårdämnesinnehåll volymmässigt, t ex 50 vol-%. Genom fin kornstorlek hos hårdämnena och jämn fördelning av desamma kan stor variation i hårdhet erhållas samtidigt som E-modulen ligger i det närmaste konstant (vid ca 300 000 N/mmz för 50 vol-% finkornig TiN). Om man till hårdmaterialet, som alltså kan bibringas stora skillnader i hårdhet, kombinerar ett stål som efter värmebehandling pá 10 15 20 25 30 35 5 462 182 samma sätt som hårdmaterialet (i och med att det sker gemensamt), t ex seghärdning, kan ges hàrdhetsnivåer runt 200-300 eller 500-600 Vickers, kan man alltså erhålla sandwich-konstruktioner med växelvisa lameller med t ex hårdheterna 950 och 550 Vickers respektive l 200 och 300 Vickers, dvs ungefär samma "makrohårdhet" men med väsentliga skillnader i mikrohårdhet, beroende pá vad man önskar.

Nedan ges nägra exempel pà de geometriska former som er- hållits genom olika kombinationer av ämnets utformning och placeringen av hårdmaterialet samt extrusionsdynans utform- ning och ämnets orientering i förhållande till densamma.

Fig 1 - 6 visar extrusionsämnen och plattprofiler beskrivna i Exempel 1 - 6 varvid: Fig la, 2a, 3a, 4a, 5a och 6a, visar extrusionsämnen beskrivna i resp Exempel 1 - 6.

Fig lb, 2b, 3b, 4b, 5b och 6b visar mellansteg av profiler beskrivna i resp Exempel 1 - 6.

Fig lc, 2c, 5c, och 6c visar slutsteg av profiler beskrivna i resp Exempel l-6.

Exempel l Genom att borra tvá häl ø35 mm i ett stàlämne ø76 x 300 mm (ll) av SS 2244 enligt figur la och fylla dessa hål med hârdmaterial i pulverform innehållande 50 vol-% submikron TiN i värmebehandlingsbar stàlgrundmassa (12) samt tillsluta ämnet med en stålplatta ø76 x 50 mm, likaledes av SS 2244, i varje ände medelst svetsning framställdes extrusionsämnen.

Frontplattans tjocklek motiveras av att få extrusionen att flyta innan hårdmaterialet kommer i ingrepp och bakplattans av materialförluster i form av hârdmaterial i den s k discarden (= extrusionsrest). Den skarpa kanten på ämnets frontsida rundades till krökningsradien r = 10 mm. De 10 15 20 25 30 35 462 182 6 sålunda erhållna extrusionsämnena värmdes i skyddsgas (N2) till ll50OC, varefter de extruderades genom en dyna 40 x 15 mm. Denna plattprofil (figur lb) valsades vid l150°C i två stick mellan öppna valsar till ett band 66 x 5 mm, varvid en tvärsnittsprofil erhölls enligt figur lc.

Hàrdmaterialpulvret kan antingen tillsättas i form av löst pulver eller t ex kallisostatiskt pressade stavar. Det sena- re ger högre utbyte och givetvis andra relativmàtt hård- material - stàllameller.

Exempel 2 I ett rör ø76 x ø70 x 300 mm av SS 2172 (21) placeras cirkelsegment likaledes av SS 2172 (22) samt ett mittsegment (23) i samma material. Stáldetaljerna var noggrannt avfettade och blästrade. Mellan cirkelsegmenten och mitt- sektorn placerades hárdmaterial enligt föregående exempel (24). Detta illustreras i figur 2a. Tillslutning och formgivning till ett extrusionsämne utfördes på samma sätt som i föregående exempel. Även extrusionen utfördes på samma sätt och en bandad plattprofil 40 x 15 mm erhölls, se figur 2b. (Observera att ytterkapseln ej medtagits i skis- sen.) Även denna profil kunde valsas till ett band 65 x 5 mm enligt figur 2c.

Samma extrusionsämne kan med fördel framställas med även "stállamellerna" i pulverform. Pulverfyllningen sker t ex med hjälp av "glidande formar" som dras upp allteftersom fyllningen sker. Pulverämnet framställs lämpligen medelst kallisostatisk pressning.

Exempel 3 Genom att göra samma konstruktion som i exempel 2 beträffan- de extrusionsämnet, men placera ämnet vridet 900 i förhål- lande till extrusionsdynan jämfört med föregående exempel erhålls en plattprofil där de växelvisa lamellerna är place- 10 l5 20 25 30 35 7 462 182 rade på omvänt sätt mot vad som tidigare visats, se figur 3a och 3b. (31 = ytterrör, 32 = cirkelsegment stål, 33 = mittsegment stål, 34 = hårdmaterial) Exempel 4 Motsvarande extrusionsämne som i de två föregående exemplen, dock med en lamell mindre och vridet mitt mellan de två föregående placeringarna, dvs 450 vridning i förhållande till båda, se figur 4a och 4b, ger motsvarande "sneda" placering av de växelvisa lamellerna hårdmaterial - segt stål. P g a hàrdmaterialets större motstånd mot extru- sionsprocessen kunde man här se en tendens att vilja rätta in sig i förhållande till extrusionsmunstycket för att där- igenom av sig självt minska extrusionsmotståndet. (41 = ytterrör, 42 och 44 = stål, 43 och 45 = hårdmaterial) Exempel 5 Brutna profiler i stället för raka sådana ger, som framgår av figur 5a, Sb och 5c, även brutna lameller hos det extru- derade materialet, även om en viss avrundning och uppmjuk- ning sker av de relativt vassa profilerna inom extrusions- ämnet. Denna avrundning blir ännu mer uttalad efter vals- ning, se figur 5c. (51 = ytterrör, 52 = stål, 53 = hårdma- terial) Exempel 6 Genom att borra ett antal hål i ett cylindriskt ämne och fylla hålen med hårdmaterial samt tillverka ett extrusions- ämne enligt exempel 1 och extrudera detta ämne genom en rektangulär extrusionsdyna kan system av växelvisa lameller hårdmaterial - stål åstadkommas på enkelt sätt (inom de geometriska gränser som ett runt extrusionsämne, hålens placering och extrusionsdynans utformning utgör). Figur 6 visar ett ämne där hål borrats och fyllts med hårdmateri- al (6a) samt extruderats (6b) och valsats (6c). (61 = stål, 62 = hårdmaterial.)

Claims (1)

1. 462 182 a 10 15 Patentkrav Förfarande för framställning av en skyddsplatta i kompound- utförande såsom splitterskydd, kompositpansar o.dy1. innehållande element uppbyggda av växelvisa lameller av hårdämnesrikt material och segt material, k ä n n e t e c k n a t av, att man utför en plastisk bearbetning av det hårdämnesrika och det sega materialet i avsikt att åstadkomma en bindning mellan de nämnda materialen, varvid det hárdämnesrika materialet, som väsentligen består av hårdâmnen såsom karbider, nitrider, oxider och/eller borider av Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W och/eller Al i en grundmassa baserad på Fe, Ni och/eller Co, där andelen hårdämnen är 30 - 70 vol-%, föreligger i pulverform och det sega materialet väsentligen utgörs av Fe-, Co- och/eller Ni-baslegeringar.