Vorrichtung zur Kapselung von Rohlingen aus metallischen Hochtemperatur-Legierungen
Beschrei bung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kapselung von Rohlingen aus metallischen Hochtemperatur-Legierungen, insbesondere Ti AI -Legi erungen , die zum Warmumformen einer Strangpressung unterzogen werden.
Metallische Hochtemperatur-Legierungen werden zur Herstellung von hochbelasteten bzw. hochbelastbaren Bauteilen verwendet, beispielsweise als Bauteile zum Einsatz in Turbinen zum Antrieb von Flugzeugen und dergleichen. Um die erstrebten Eigenschaften, z.B. hohe Festigkei en, zu erreichen, wird für bestimmte Bauteile grundsätzlich gefordert, daß sie warm umgeformt worden sind. Im Falle von TiAl-Legierungen als bestimmter metallischer Hoch-
temperatur-Legi erung ist ein Umformen der Bauteile auch im Hinblick auf die Einstellung bestimmter Gefuge erforderlich, die auf anderem Wege schmelzmetallurgisch nicht erreicht werden. Es hat sich gezeigt, daß eine Warmumformung von Ti AI -Gußbl όcken Temperaturen von 1100° C erfordert, vergleiche Y.-W. Kim, D.M. Di iduk, J. etals 43 (1991) 40. Dies ist vielfach, beispielsweise beim Heißstrangpressen, wegen der Begrenzung der Gesenk- oder Matritzen- und Aufnehmertemperaturen nur nichtisotherm möglich. Da das Formänderungsvermögen und der Umformwiderstand on TiAl-Legierungen stark temperaturabhangig sind, müssen die Rohlinge für das Strangpressen gekapselt werden, um hohe Temperaturverluste zu vermeiden. Als KaDsel mate i al stehen bisher Ti -Leg i erungen oder austem 11 sehe Stahle zur Verfugung, deren U formwidei— stand allerdings bei den erforderlichen Temperaturen sehr viel kleiner ist als der des umzuformenden TiAl- Rohmateπals bzw. eines entsprechenden Rohlings aus diesem Werkstoff Eine Verwendung von Kapsel ater i al i en mit besser angepaßtem Umformwiderstand wie z.B. TZM- Molybdan scheidet aus Kostengrunden aus.
Die großen Unterschiede im Umformwiderstand von Kapsel- und Kernmateπal fuhren zu einem ungleichmäßigen Umformen beim Strangpressen mit unerwünschten Variationen im Umformgrad über die Lange des Stranges und außerdem auch zur Rißbildung in bestimmten Bereichen der Kapseln. Es wurde versucht, die Umformwiderstande zwischen Kapsel- und Kern ateπal durch eine Abkuhlphase zwischen dem Anwarmen und dem Strangpressen anzupassen. Modellrechnungen des Temperaturverlaufes von Kapsel und Kern mit zunehmender Haltezeit zeigen, daß auf diese Weise zu geringe Temperaturunterschiede erreicht werden. Auch bei einem niedrig angenommenen Warmeubergangswert , der nur
mit einer Wärmeisolationsschicht (beispielsweise Glaswolle) zu erreichen ist, ist der erreichbare Temperaturunterschied noch nicht ausreichend.
Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Kapselung von Rohlingen aus metallischen Hochtemperatur-Legierungen der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der Wärmeverluste des Rohlings vermieden werden, wobei aufgabengemäß angestrebt wird, die Kapselung durch längere Wartezeiten zwischen Anwärmen und Strangpressen bei geringen Temperaturverlusten im Kern soweit abzukühlen, daß Kapsel Werkstoff und Kernwerkstoff nahezu gleiche Umformwiderstände haben, wozu insbesondere Temperaturunterschiede bis 500 ° K nötig sind. Die Vorrichtung soll dabei an sich einfach und kostengünstig ausbildbar und bere i tstel 1 bar sein.
Gelöst wird die Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch, daß die Kapselung wenigstens aus einer ersten, den Rohling eng aber beabstandet umschließenden ersten inneren Hülle und einer die innere Hülle eng aber beabstandeten zweiten, äußeren Hülle besteht, wobei die erste und die zweite Hülle aus einem metallischen Werkstoff bestehen.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, daß damit eine optimale Abschirmung gegen Wärmestrahlung aus dem Rohling, d.h. dem Kern der Vorrichtung geschaffen wird, die bei den vorliegenden Temperaturen grundsätzlich die wesentliche Ursache der Wärmeverluste ist, wobei es weiterhin dadurch vorteilhafterweise möglich ist, einen optimalen Wärmeleitungswiderstand durch Vakuumisolation zu erreichen und schließlich vorteilhafterweise eine Konvektion zu vermeiden sowie die Vermeidung von Werkstoffpaarungen , die bei den bei einer
Strangpressung dieser Art erforderlichen hohen Temperaturen zu unerwünschten Reaktionen führen.
Es hat sich gezeigt, daß für einen effektiven Strahlungsschutzschild, den die innere Hülle bildet, ein bl echförmi ges Element als innere Hülle ausreicht, um allein dadurch eine um 33 % reduzierte abgestrahlte Leistung zu erreichen.
Die äußere Hülle der Vorrichtung weist, wie Versuche ergeben haben, vorzugsweise eine Wanddicke von 5 bis 10 mm auf, wobei die äußere Hülle grundsätzlich aus Stahl oder vorzugsweise einer Titan-Legierung, z.B. TiA16V4, gebildet werden kann.
Untersuchungen haben ergeben, daß vorteilhafterweise die innere Hülle lediglich eine Wanddicke im Bereich von 0,1 bis 1 mm, insbesondere aber vorteilhafterweise eine Wanddicke von 0,3 mm ausreicht, um eine Verminderung der AbStrahlungsleistung um 33 % zu erreichen. Aufgrund der hohen Erwärmungs- und Bearbeitungstemperatur einerseits aber auch aus Kostengründen andererseits ist es vorteilhaft als innere Hülle Bleche oder Folien aus Molybdän und/oder Tantal zu verwenden, die ein geringes Emissionsvermögen £ aufweisen. Dadurch werden außerdem Materialpaarungen vermieden, die bei den anzuwendenden hohen Temperaturen zu unerwünschten Reaktionen führen.
Grundsätzlich ist es zwar möglich, auf unterschiedlich geeignete Weise dafür zu sorgen, daß der Rohling fortwährend zu der ihn umgebenden inneren Hülle beabstandet ist, um einen unmittelbaren Wärmekontakt zwischen dem Rohling und der inneren Hülle weitgehend zu vermeiden. Es hat sich aber als vorteilhaft herausgestellt, den Rohling derart auszubilden, daß dieser eine Mehrzahl von
vorspringenden Stegen aufweist, die als Abstandshalter zur den Rohling umhüllenden inneren Hülle fungieren. So können beispielsweise die Stege auf einfache Weise bei im wesentlichen zylindrisch im Querschnitt ausgebildetem Rohling durch einfaches Abdrehen bzw. Abfräsen geschaffen werden.
Um auf gleiche Weise wie vorangehend beschrieben auch dafür zu sorgen, daß die innere Hülle gegenüber der äußeren Hülle einen vernachlässigbar geringen Wärmekontakt aufweist, ist es ebenfalls vorteilhaft, die äußere Hülle mit einer Mehrzahl von vorspringenden, auf die innere Hülle gerichteten Stegen zu versehen, die als Abstandhalter zur inneren Hülle fungieren. Auch hier ist es prinzipiell möglich, die Stege, insbesondere wenn es sich um eine im Querschnitt hohl zyl i nderförmi ge äußere Umhüllung handelt, durch entsprechendes Ausdrehen bzw. geeignetes Ausfräsen der äußeren Hülle herzustellen.
Die Stege sind aber bei der äußeren Umhüllung und bei dem inneren Rohling bzw. Kern der Vorrichtung vorzugsweise derart auszubilden, daß ihre Berührungsfläche mit der jeweils angrenzenden inneren Hülle sehr klein gegenüber der übrigen Mantelfläche ist.
Wie schon erwähnt, kann die Anbringung allein einer einzigen inneren Hülle, die das erwähnte Strahlungsschutzschild bildet, zu einer Verminderung der Abstrahl ungs- leistung von 33 % führen. Um die abgestrahlte Leistung noch weiter zu vermindern, ist es bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung möglich, eine dritte und eine vierte Hülle vorzusehen, die ebenfalls jeweils voneinander eng beabstandet zwischen der ersten Hülle und der zweiten Hülle und jeweils zu diesen eng beabstandet angeordnet sind. Die Wahl weiterer Hül-
len wird davon abhangen, inwieweit für den speziellen Strangpressvorgang in Abhängigkeit des den Rohling bildenden Werkstoffs es als notwendig angesehen wird, einen gleichen Umformwiderstand von Mantel- und Kernmaterial zu erreichen.
Ebenso wie bei der oben beschriebenen Grundausgestaltung der Vorrichtung mit wenigstens zwei Hüllen kann es auch bei der vorangehend beschriebenen Ausgestaltung der Vorrichtung mit vier Hüllen vorteilhaft sein, die zur ersten, inneren Hülle benachbarte dritte Hülle mit einer Mehrzahl von sowohl zur ersten Hülle als auch zur vierten Hülle hin gerichteten Stegen zu versehen, die als Anstandshalter zu der benachbarten ersten Hülle und vierten Hülle fungieren Auch in diesem Falle können die Stege durch entsprechendes Abdrehen bzw. Abfrasen der dritten Hülle ausgebildet werden, wobei das entsprechende, oben erwähnte Abdrehen bzw. Abfrasen des Rohlings bzw. der äußeren zweiten Hülle zur Ausbildung der dortigen Stege, wie beschrieben, unbeeinflußt bleibt bzw. auf gleiche Weise, wie beschrieben, ausgeführt werden kann .
Vorteilhafterweise besteht die dritte Hülle aus dem gleichen Werkstoff wie die zweite Hülle, wobei vorteil- hafterweise die vierte Hülle aus dem gleichen Werkstoff wie die erste Hülle besteht.
Insgesamt wird mit einer Ausbildung der Vorrichtung im vorbeschriebenen Sinne mit vier Hüllen die abgestrahlte Leistung gegenüber dem Rohling auf ca. 25 % reduziert.
Schließlich muß sowohl f r die Gestaltung mit zwei Hüllen und mehr Hüllen die jeweils äußere Hülle vakuumdicht ausgebildet werden, damit einmal Warmeleitung über das Gas in den Zwischenräumen wie auch Konvektion in den
Zwischenräumen unterdrückt werden, zum anderen eine Oxi- dation der metallischen Teile verhindert wird, um das geringe Emissionsvermögen ε dieser Teile zu erhalten.
Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die nachfolgenden schematischen Zeichnungen bzw. graphischen Darstellungen anhand eines Ausführungsbeispieles und einer Modifikation davon beschrieben. Darin zeigen:
Fig. 1 im Schnitt eine Vorrichtung gemäß der Erfindung mit zwei Hüllen, die einen Rohling aus einer metallischen Hochtemperatur-Legierung umschließen ,
Fig. 2 eine Ausgestaltung der Vorrichtung der Erfindung gemäß Figur 1, bei der jedoch wenigstens in Teilbereichen der Rohling aus einer metallischen Hochtemperatur-Legierung von vier Umhüllungen umschlossen ist,
Fig. 3a den Verlauf eines minimalen und eines maximalen
-3b Durchmessers des Querschnittes des Kernes (Roh- ing) in der Vorrichtung über der Stranglänge bei verschiedenen Formen der Kapselung und
Wartezeiten nach dem Anwärmen,
Fig. 4 den Kraftverlauf beim Strangpressen in einer Stahl kapsei ung mit Wärmeisolation nach einer Wartezeit von 25 sec nach dem Anwärmen und
Fig den Kraftverlauf beim Strangpressen in einer Stahlkapsel mit Wärmeisolation nach einer Wartezeit von 50 sec nach dem Anwärmen.
In den Figuren 1 und 2 ist eine Vorrichtung 10 gemäß der Erfindung dargestellt, wobei der der Strangpressung zu unterziehende Rohling 11 aus einer metallischen Hochtemperatur-Legierung, insbesondere einer Ti AI -Legi erung , im wesentlichen einen zylindrischen Querschnitt aufweist, wobei dementsprechen d auch die Vorrichtung 10 auch im wesentlichen einen zylindrischen Querschnitt aufweist. Es sei an dieser Stelle aber darauf hingewiesen, daß diese Form des Rohlings 11 bzw. der Vorrichtung 10 keineswegs immer zylindrisch sein muß, denn es sind auch viele andere mögliche Ausgestaltungen des Rohlings möglich, die auch schon vor der endgültigen Strangpressung eine an die später einzunehmende Form grob angepaßte Form aufweisen können. Zum Verständnis der Erfindung wird aber, da die Konstruktionsprinzipien der Vorrichtung 10 allgemein gelten, Bezug genommen auf die Darstellungen der Vorrichtung 10 gemäß den Figuren 1 und 2 mit im wesentlichen kreisförmiger Querschnittsform.
In der Vorrichtung 10 ist ein Rohling 11 angeordnet und von einer ersten, inneren Hülle 12 und einer zweiten äußeren Hülle 13 umgeben, vergleiche insbesondere Figur 1. Die Umhüllung des Rohlings 11 bei der Ausgestaltung der Vorrichtung 10 gemäß Figur 1 ist vollständig, d.h. es ist nicht nur die äußere, hier zyl i nderförmi ge Mantelfläche des Rohlings 11 von den Hüllen 12, 13 umgeben, sondern auch ebenfalls die jeweiligen ebenen Stirnflächen des Rohl i ngs 11.
Die erste, innere Hülle 12 umschließt eng aber beabstandet den Rohling 11, wobei die innere Hülle 12 beispielsweise eine Wanddicke von 0,1 bis 1 mm, vorzugsweise 0,3 mm aufweist. Die innere Hülle, die blechförmig ausgebildet ist, besteht dabei vorzugsweise aus Tantal oder Molybdän. Grundsätzlich sind aber alle anderen geeigneten
Werkstoffe mit geringem Emissionsvermögen ε verwendet werden, sofern sie nicht mit dem Material des Rohlings (11) oder der äußeren Hülle (18) reagieren.
Die zweite, äußere Hülle 13 weist eine sehr viel größere Wanddicke als die innere Hülle 12 auf, beispielsweise im Bereich von 5 bis 10 mm. Sowohl für die innere Hülle 12 als auch die äußere Hülle 13 gilt, daß auch die im wesentlichen ebenen Stirnflächen des Rohlings 11 mit gleichem Hüllenaufbau, wie vorangehend beschrieben, abgedeckt werden.
Die äuße e Hülle 13 kann beispielsweise aus Stahl oder einem beliebigen anderen geeigneten Werkstoff für diese Zwecke, beispielsweise T i AI 6V4 , ausgebildet sein.
Der Rohling 11 weist eine Mehrzahl von vorsp ingenden
Stegen 110 auf, die als Abstandhalter zur den Rohling 11 umgebenden inneren Hülle fungieren. Diese Stege können beispielsweise durch Abfrasen oder Abdrehen des Rohlings
11, beispielsweise um 0,3 mm erzeugt werden, so daß die sich somit ausbildenden Stege bei einer Höhe von 0,3 mm eine Breite von etwa 1 mm haben. Durch diese Maßnahme können die notwendig 3en g3ering3en Abstände d = d i. so_,-,I - mmno zwischen der als erstes Strahlenschutzblech dienenden ersten Hülle 12 und dem Rohling 11 eingehalten werden. Zur Unterdrückung einer direkten Wärmeleitung zwischen dem Rohling 11 und der zweiten, äußeren Hülle 12 unter Einschluß der ersten, inneren Hülle 12 sind die Stege 110 am Rohling 11 und die Stege 131, die ebenfalls auf analoge Weise an der zweiten äußeren Hülle 13 ausgebildet sind, versetzt zueinander angeordnet. Insgesamt wirkt somit die Gesamtheit der Umhüllung aus erster Hülle 12 und zweiter Hülle 13 als doppeltes Strahlungs-
schutzschild, womit sich die vom Rohling 11 abgestrahlte Leistung im Vergleich zum ungeschützten Rohling 11 auf etwa ein Drittel reduziert.
Bei der Ausgestaltung der Vorrichtung 10 gemäß Figur 2, die vom Grundsatz her einen gleichen Aufbau wie die Vorrichtung 10 gemäß Figur 1 aufweist, ist zusätzlich noch eine dritte Hülle 14 und eine vierte Hülle 15 vorgesehen. Auch diese Hüllen 14, 15 sind jeweils eng voneinander eng beabstandet angeordnet. Auch in diesem Falle weist die zur ersten, inneren Hülle 12 benachbarte dritte Hülle 14 eine Mehrzahl von sowohl zur ersten Hülle 12 als auch zur vierten Hülle 15 hin gerichteten Stegen 140 auf. Die Stege 140 dienen ebenfalls als Abstandshalter zu der benachbarten ersten Hülle 12 und der ebenfalls benachbarten vierten Hülle 15. Die dritte Hülle 14 kann dabei aus dem gleichen Werkstoff wie die zweite Hülle 13 bestehen. Die vierte Hülle 15 kann dabei aus dem gleichen Werkstoff wie die erste Hülle 12 bestehen. Faktisch sind in der Ausgestaltung der Vorrichtung 10 gemäß Figur 2 vier Strahlungsschutzbleche wirksam, nämlich die erste Hülle 12, die zweite Hülle 13, die dritte Hülle 14, und die vierte Hülle 15. Bei der Ausführungsform der Vorrichtung 10 gemäß Figur 2 kann die abgestrahlte Leistung gegenüber dem ungeschützten Rohling 11 auf ca. 25 % reduziert werden, wobei bezüglich einer Abschätzung dieser Reduktion der abgestrahlten Leistung auf eine noch weiter unten aufgeführte Berechnung verwiesen wird.
Im Temperaturbereich von 1000° bis 1400° C können grundsätzlich für die Hüllen 13 und 14 Stahl oder Titanlegierungen verwendet werden. Bei noch höheren Temperaturen sollten für diese Hüllen (13 und 14) Refraktärmetall e wie Mo oder Ta gewählt werden. Die Hüllen 12 und 15 be-
stehen vorzugsweise aus Mo oder Ta, auch bei noch höheren Temperaturen als 1400 ° C. Grundsätzlich können aber auch alle anderen geeigneten Werkstoffe mit geringem Emissionsvermögen ε verwendet werden, sofern Materialpaarungen vermieden werden, die zu Reaktionen führen. Die erste Hülle 12 und die vierte Hülle 15 sind vorzugsweise dünnwandig ausgebildet. Es sei noch daraufhingewiesen, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung sich nicht nur auf das Strangpressen von Ti tanal umi niden beschränkt, vielmehr kann natürlich auch das Umformen durch Strangpressen bei Temperaturen oberhalb von 1000° C bei anderen metallischen Hochtemperatur-Legierungen sehr erfolgreich angewendet werden.
Bei den Vorrichtungen gemäß Figur 1 und 2 umschließt wenigstens die erste Hülle 12 den Rohling vakuumdicht, wobei die erforderliche Evakuierung der Zwischenräume zwischen wenigstens der ersten Hülle 12 und dem Rohling 11 dadurch erreicht wird, daß man den Deckel und den Boden wenigstens der ersten Hülle 12 durch kostengünstiges El ektronenstrahl schwei ßen in einer Vakuumkammer zuschweißt. Insgesamt kann die Fertigung der Vorrichtung 10 somit relativ kostengünstig gestaltet werden. Auch die anderen Hüllen 13 bis 15 der Vorrichtung können, fa ls erforderlich, vakuumdicht ausgebildet sein.
Eine Abschätzung, die die Wirksamkeit der erfindungsgemäß mit der Vorrichtung 10 vorgeschlagenen Maßnahmen zur Vermeidung von Wärmeverlusten durch Strahlung belegt, soll anhand der Strahlungsleistung von nichtisolierten und durch Wärmeschutzschilde isolierten Strangpreßrohlingen 11 dargestellt werden.
Nach dem Stef an-Bol tzmann-Gesetz strahlt ein nicht schwarzer Körper in den kalten Raum die Wärmeleistung
d Q s/ d t = F ε c T 4 ( Gl . 1 )
ab. Die Bezeichnungen haben die folgende Bedeutung
F - Oberfläche des Körpers c - Stefan-Bol tzmannsche Strahlungskonstante (c =
5.7-10"8 WnT2 K~4) ε- Emissionsvermögen des Körpers T - absolute Temperatur
Für metallisch blanke Körper gilt vielfachε = 0.3. Ein auf 1300° C erhitzter Strangpreßrohling der Abmessungen Φ 65 mm x 170 mm würde also ohne Isolation nach der Entnahme aus dem Ofen anfänglich eine Leistung von dQ /dt = 4,6 kW abstrahl en .
Die hierdurch entstehenden Wärmeverluste lassen sich bei hohen Temperaturen sehr wirksam durch das Anbringen von einem oder mehreren Strahlungsschutzschilden (Hüllen) verhindern, die zwischen dem heißen Körper bzw. Rohling 11 und der kalten Umgebung eingebracht werden. Für die vorliegende Geometrie eines heißen zylindrischen Rohlings 11 reduziert sich diese bei einem konzentrisch um den Körpe angeordneten Strahlungsschild auf
Λ - dQs,l/dt = ε c T4 / ( εs/ εe + rk/rs), (G1.2)
mit εe -_ ε ε$ / ( i - ε^l - εF^)).
Hierbei bedeuten
ε s_. - das Emissionsvermög3en rk - der Radius des heißen Körpers r - der Radius des Strahlungsschutzschildes
Nach Gl .2 gilt
dQS) 1/drk > 0, CGI .3)
d.h. die Wirksamkeit des Strahlungsschutzschildes ist umso höher, je geringer sein Abstand zum heißen Körper ist. Nimmt man zur Vereinfachung der Abschätzung weiterhin an, daß ε = ε und r, = r , so gilt
dQSj l dt = 1/2 dQs/dt. (G1.4)
Durch das Anbringen eines Strahlungsschutzschildes kann die abgestrahlte Leistung also bereits auf 50 % reduziert werden. Bei der Anwendung von n St ahl ungs schutz- schilden gilt unter den gleichen verein achenden Voraussetzungen
dQs>n/dt = (l/(n + 1)) dQs/dt. (G1.5)
Nach den hier dargestellten Verhältnissen muß die Kapselung zur Vermeidung von Wärmeverlusten durch Strahlung also nach folgenden Prinzipien erfolgen:
- Als Strahlungsschutzschilde (Hüllen) müssen nach Gl . 2 Werkstoffe mit geringem Emissionsvermögen verwendet werden. Aufgrund der hohen Temperatur und aus Kostengründen ist die Werkstoffauswahl auf Bleche bzw. Folien aus Mo oder Ta beschränkt. Allerdings sollten diese Werkstoffe eine möglichst glatte und oxidfreie Oberfläche haben.
- Der Abstand zwischen heißem Körper und dem ersten Strahlungsschutzschild und zwischen weiteren Strahlungsschutzschilden sollte nach Gl . 2 möglichst klein gehalten werden.
- Wärmeverluste durch Konvektion bzw. Wärmeleitung müssen vermieden werden.
Zur Erprobung der beschriebenen Strangpreßkapsel kon- struktion wurden 4 Strangpreßversuche durchgeführt. Dazu wurden Rohlinge 11 mit einem Durchmesser von 65 mm, die aus derselben Ti AI -Leg i erung bestanden, in unterschiedliche Kapseln gekapselt. Da bei dem vorangehend beschriebenen Aufbau der Kapselung durch eine erhöhte Wartezeit zwischen Anwärmen und Strangpressen der gewünschte Temperaturunterschied zwischen Kapselung und Rohling 11 zunimmt, wurde außerdem die Wartezeit variiert. Die sonstigen Versuchsbedingungen (Anwärmtemperatur 1250° C, vorgegebene Stempel geschwi nd i g ke i 20 mm/s) sowie die äußeren Maße der Kapselung waren in allen Versuchen identisch. Im einzelnen wurden folgende Formen der Kapselung und Wartezeiten gewählt:
1. TiA16V4- Kapselung ohne Wärme i so! at i on , 25 s Warte- zei t
2. Stahl kapsei ung ohne Wärmeisolation, jedoch mit eingelegter Mo-Folie als Reaktionsbarriere, 25 s Wartezeit
3. Stahl kapsei ung mit Wärmeisolation wie erfindungsgemäß beschrieben (s. Abb. 1), 25 s Wartezeit
4. 3. Stahl kapsei ung mit Wärmeisolation wie erfindungsgemäß beschrieben (s. Abb. 1), 50 s Wartezeit
Nach dem Strangpressen wurden die Stränge aufgeschnitten und die Querschnittsform des Ti AI -Roh! i ngs 10 über die Stranglänge verfolgt. Im idealen Fall - d.h. wenn Mantel- und Kernwerkstoff gleichen Umformwiderstand aufwei-
sen, müßten sich bei dem gewählten Aufnehmerdurchmesser von 85 mm und dem Matrizendurchmesser von 30 mm kreisförmige Querschnitte des Ti AI -Rohl i ngs 10 mit Durchmesser 22.9 mm ergeben. Fig..3a - 3d zeigt die minimalen und maximalen Durchmesser der im allgemeinen ovalen Querschnitte des Ti AI -Rohl i ngs 10 nach diesen Versuchen. Die Ergebnisse zeigen, daß im Fall der Ti AI 6V4-Kapsel ohne Wärmeisolation die ungünstigsten Verhältnisse vorliegen, d.h. der Kernquerschnitt zeigt die größten Unterschiede zwischen minimalem (d . ) und maximalem (dm 171 α., Xv) Durchmesser und liegt wegen des geringen Umform-
Widerstandes der Ti AI 6V4-Legi erung im Vergleich mit dem Kernwerkstoff z.T erheblich über dem idealen Wert von 22.9 mm. Außerdem variiert der Querschnitt deutlich über die Stranglänge. Im Fall der Stahl kapsei ung ohne Wärmeisolation sind die Querschnitte mehr der Kreisform angenähert und der Durchmesserverlauf über die Länge ist gleichmäßiger, allerdings liegen die Werte über dem idealen Wert von 22.9 mm. Dagegen führt die Verwendung einer Kapselung aus Stahl mit Wärmeisolation zu Durchmesserverläufen um 22.9 mm, wobei für die verlängerte Wartezeit von 50 s der gleichmäßigste Verlauf beobachtet wird. Aus diesen Ergebnissen kann geschlossen werden, daß die Wärmeisolation wirksam ist und bei Wartezeiten von 50 s schon eine gute Anpassung des Umformwiderstandes zwischen Stahlmantel und TiÄl-Rohl ing 10 erreicht wurde. Die deutliche Wirkung der Wärmeisolation zeigt sich auch im Kraftverlauf beim Strangpressen. Wie die Figuren 4 und 5 zeigen, ist die anfängliche Matrizenkraft beim Strangpressen von Kapselungen mit Wärmeisolation nach einer Wartezeit von 50 s erheblich höher als nach einer Wartezeit von 25 s, was auf den aufgrund des höheren Te peraturabfal 1 s höheren Umformwiderstand des Kapsel Werkstoff s zurückzuführen ist. Bei Verwendung einer Kapselung mit Wärmeisolation trat außerdem das
bereits erwähnte Aufreißen der Stränge im Anfangsbereich nicht auf, was ebenfalls mit der besseren Anpassung der Umformwiderstände von Kapsel- und Rohlingwertstoffs zu erklären ist. Das durch die Erfindung angestrebte Ziel wurde al so errei cht .
Bezuqszei chenl i ste
10 Vorrichtung
11 Rohling 110 Steg
12 erste , i nnere Hül 1 e 120 Wanddicke
13 zweite, äußere Hülle
130 Wanddicke
131 Steg
14 dritte Hülle 140 Steg
15 vi erte Hül 1 e