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WO1983000168A1 - Method for producing a semi finished or finished product of metal material by thermoforming - Google Patents

Method for producing a semi finished or finished product of metal material by thermoforming Download PDF

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Publication number
WO1983000168A1
WO1983000168A1 PCT/CH1982/000082 CH8200082W WO8300168A1 WO 1983000168 A1 WO1983000168 A1 WO 1983000168A1 CH 8200082 W CH8200082 W CH 8200082W WO 8300168 A1 WO8300168 A1 WO 8300168A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
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temperature
workpiece
deformed
alloy
hot
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/CH1982/000082
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Aktiengesellschaft Bbc
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.)
BBC Brown Boveri AG Switzerland
Original Assignee
BBC Brown Boveri AG Switzerland
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Filing date
Publication date
Application filed by BBC Brown Boveri AG Switzerland filed Critical BBC Brown Boveri AG Switzerland
Priority to BR8207730A priority Critical patent/BR8207730A/en
Publication of WO1983000168A1 publication Critical patent/WO1983000168A1/en
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Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22FCHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working

Definitions

  • the invention is based on a method for producing a semifinished product or a finished part according to the preamble of claim 1.
  • Ductility of the workpiece to be deformed leaves something to be desired and the necessary deformation forces and the deformation energy are relatively high.
  • Superplastic forming relies on an ultra-fine grain of the blank, which can only be achieved with certain alloy additives and complex thermomechanical processes. Certain materials do not show any superplasticity at all, so that due to these requirements with regard to the structure of the structure, the corresponding material limits are encountered again. There is therefore a great need to expand the possibilities of hot-forming metallic materials in general by refining and broadening the processes and to extend them to as many materials as possible.
  • the invention is based on the object of specifying a hot molding process for metallic materials which, with great simplicity, allows the production of semifinished or finished parts in as few work steps as possible and, thanks to good mold filling capacity, allows the design limits to be expanded.
  • the process is said to possibly work on a variety of plants Substances may be applicable.
  • the main idea of the invention is to form the material as close as possible to below the solidus temperature, but to avoid local liquefaction in the best possible way. With this measure, the yield stress (deformation resistance) of the material is reduced considerably, so that optimum mold filling capacity is achieved.
  • the figure shows the working diagram of the method in the form of a time / temperature function.
  • the abscissa represents the time axis, the ordinate the temperature axis. With the horizontal on the
  • Level 1 indicates the solidus temperature T sol of the material (alloy) to be deformed, which must not be reached during the entire work process under any circumstances. Otherwise local melting would occur and the connection and controlled structure of the workpiece would be lost.
  • 2 is the maximum temperature which - mostly at the end of the shaping - can be reached by the workpiece and tool at the same time. Depending on the alloy and type of workpiece, it must always remain below 1 (T sol ) by a certain amount.
  • 3 represents the comogenization system temperature of the workpiece, for which the same applies as for temperature 2, so that subsequent melting during the forming process can be avoided with certainty.
  • 4 is the course of the workpiece temperature over time until the end of the shaping. This operation breaks down into the preheating phase 8 and the forming phase 9.
  • 5 represents the course of the workpiece temperature during normal cooling to room temperature. 6 is the analogous course after shaping in the event that the latter is directly subjected to further additional heat treatment (e.g.
  • Embodiment I Die pressing of a radial compressor wheel made of an Al-Cu-Mg-Ni alloy.
  • a radial compressor wheel with a diameter of 180 mm was produced in one operation by isothermal high-temperature pressing from a disc-shaped cylindrical blank.
  • the aluminum alloy used complied with US AA standard 2618 and had the following composition:
  • Si 0.10 - 0.25% by weight
  • Ni 0.9-1.2% by weight
  • Zn 0.10% by weight
  • a disc in the form of a rod section was used as the starting material.
  • the rod itself was made from a section of a larger diameter press stud produced by extrusion by extrusion.
  • workpieces produced by open-die forging can also be used as preforms.
  • the shape of the compressor wheel to be produced had 18 radially standing blades, slightly curved on the circumference in the tangential direction, of approximately 30 mm depth, which had a wall thickness of approximately 4 mm at the base and one of approximately 2 mm at the head.
  • the disk-shaped wheel body had an axial wall thickness of approx. 6 mm on the circumference.
  • the starting material was subjected to a homogenization annealing at a temperature of 520 ° C. for 20 hours before the shaping. This measure serves to avoid local melting or local pore formation when the maximum temperature is subsequently passed during the shaping process.
  • the latter was carried out as an isothermal high-temperature die press on a specially designed hydraulic press equipped with inductive workpiece and tool heating.
  • the press was set up for low stamp speeds of 0.05 - 5 mm / s, which could be changed as desired during the pressing. Furthermore, the pressing force could also be kept constant over a longer predetermined period of time after a predetermined limit value had been reached.
  • the table and stamp were provided with a cooling device.
  • the inductive heating system consisted of an induction coil for heating the workpiece blank as well as the tools (dies) made of hot-work steel. Precise temperature control and temperature control was ensured via thermocouples in the tool and via buttons on the workpiece blank. A specially designed device was used to transport the workpiece into the heating zone or into the area of the tool, as well as to eject it from the tool after it had been formed and transported to storage.
  • the workpiece blank in the form of a disc was first continuously heated to a temperature of 480 ⁇ + 10 ⁇ C by inserting it into the associated induction coil. Then the blank was ⁇ out in the 480 - 520 ⁇ C heated
  • the pressing speed was set to an average value of approx. 0.5 - 1 mm / s.
  • the pressing force rose only slightly (from 0 to approx. 500 kN).
  • the blades were then shaped in a second phase, the punch speed being reduced to 0.05-0.1 mm / s and the pressing force increasing steadily until it reached its maximum (approx. 3000 kN).
  • the pressing force was now kept constant in order to completely fill the mold during this third phase, which lasted about 5-10 minutes.
  • the pressing time for such a compressor wheel was approx. 10-20 min. the mean pressing pressure was approximately 120 MPa.
  • the solidus temperature is at 549 ° C, the solution treatment at 530 ⁇ ⁇ C.
  • the solution treatment at 530 ⁇ ⁇ C.
  • At 520 C exists in this alloy still undissolved intermetallic compound FeNiAl 9 as a separate phase. It prevents uncontrolled grain growth during high temperature shaping.
  • the deformation temperature of 480 ⁇ - 520 ⁇ C was optimally chosen in this regard and local pore formation due to melting was also not to be feared.
  • the forming is according to the conventional forging technology, which for the aforementioned aluminum alloy in the temperature range of about 410 - 450 ° C is carried out, Wesent lent favorable.
  • the pressures here are between 200 and 500 MPa, which requires heavier and stronger presses.
  • the mold filling capacity is significantly poorer, so that the blades do not reach the target dimension (rib wall thickness 2 - 4 mm) by far and one with rib thicknesses of approx. 8 - 10 mm in the first
  • Embodiment II Die pressing of a turbine blade made of a precipitation-hardenable nickel-based superalloy.
  • Nimonic-80A had the following composition:
  • a section from a rolled bar was used as the starting material.
  • the primary material was first annealed under protective gas at a temperature of 1080 o C for 8 hours and then quenched in water.
  • the hydraulic press provided for carrying out the operation was constructed similarly to that described in Example I. It had an adjustment range for the stamp speed of 0.05 - 25 mm / s.
  • it was encapsulated in such a way that operation under protective gas or vacuum was possible. Dies were used as tool from the well-known molybdenum alloy TZM, which allow operating temperatures up to over 1200 ⁇ C.
  • the inductive heating was designed in the same way as that in example I.
  • lock chambers which enabled the transition between the press room and the outside world.
  • the blank was first heated to a temperature of 1100 o + 20 o C in the associated induction coil then placed in the TZM die heated to 1150 ° - 1200 ° C.
  • the stamp was then pressed against the lower half of the die at a pressing speed of approx. 4 mm / s (phase I). After the beginning of the pressing force rose, it was then deformed at a pressing speed of approx. 0.1 mm / s for the purpose of filling the burr section (phase II). After reaching the maximum force, this value was reached for about 5 minutes until the mold was finally filled. kept constant (phase III). Depending on the shape and material, this phase can last approx. 1 - 10 min.
  • the total pressing time for such a turbine blade can be approximately 2-15 minutes.
  • the mean pressing pressure in the present case reached approximately 200 MPa.
  • the present nickel-based superalloy has a solidus temperature of approx. 1360 o C and a solution annealing temperature of approx. 1080 o C. In the temperature range of 1150 ⁇ - 1200 C ⁇ what a sufficiently large distance from the solidus to prevent incipient melting speaks ent, there are still unresolved metal carbides in finely divided form. These prevent uncontrolled grain growth during high-temperature deformation, which could also be determined by comparing metallographic micrographs.
  • a turbine blade of 200 mm in length and 50 mm in width was produced in one operation by isothermal high-temperature presses from a rod section.
  • the iron alloy used had the following composition:
  • Example II A section of an extruded rod was used as the starting material.
  • the alloy itself was produced in a known manner by powder metallurgy by mechanical alloying and subsequent compression by extrusion.
  • the blank was first homogenized at a temperature of 1150 ° C. for 15 minutes and cooled again to room temperature.
  • the further process steps were carried out in a manner analogous to that described in Example II.
  • the submicroscopic form and distribution of the oxidic dispersoids Y 2 O 3 and TiO 2 are thermally stable up to over 1200 ° C and reliably prevent uncontrolled grain growth during the operations.
  • a finished part made in this way from a dispersion alloy is characterized by maximum density, ie absolute freedom from pores compared to the conventional type of workpiece directly produced by powder metallurgy (pressing + sintering, hot isostatic pressing).
  • a round rod of 5 mm in diameter was extruded from a press bolt by isothermal high-temperature extrusion
  • the shape memory alloy used had the following composition:
  • a precompacted ingot produced by mechanical alloying from a Cu / Ni pre-alloy and aluminum with Al 2 O 3 was used as the starting material, which served as a press bolt.
  • the press bolt was first homogenized at 950 ° C for 1 h and cooled again to room temperature. Thereupon it was heated to a temperature of 850 ° C. and at a temperature of 850 ° to 950 ° C. by means of a matrix made of a nickel-based alloy (trade name IN-100) to form a strand of 5 mm in diameter.
  • the presence of the Al 2 O 3 dispersoid in an ultrafine distribution prevents inadmissible grain growth during the pressing process.
  • T sol solidus air temperature in degrees Kelvin
  • the workpiece Before shaping, the workpiece is advantageously homogenized for 0.1 to 100 h at a temperature which corresponds to the highest effective deformation temperature, in order to avoid local melting and pore formation, and is cooled again to room temperature.
  • the cooling after shaping can also be done by quenching to room temperature in water or oil. Quenching, similar to thermal hardening, can also be carried out to a temperature above room temperature in a metal or salt bath with subsequent aging.
  • hot forming can be drop forging, hot pressing, hot extrusion or hot extrusion.
  • the hot forming should be carried out in a temperature range in which, in addition to a first phase as the main structural component, there is also a second phase which inhibits grain growth at least during the entire shaping time.
  • the latter can preferably consist, for example, of an oxidic dispersoid, such as Y 2 O 3 , TiO 2 , Al 2 O 3 etc., or of an ordinary oxide or of a carbide.
  • an oxidic dispersoid such as Y 2 O 3 , TiO 2 , Al 2 O 3 etc.
  • the method can also be applied to heat-resistant, rustproof ferritic, ferritic-austenitic and austenitic steels, in particular oxide-dispersion-hardened steels.
  • the raw material can also be in the raw state as a porous sintered body or as a green, cold-pressed body made of a sintered material, which is compressed, sintered and converted into the intended shape at the same time during the shaping process.

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Abstract

Les produits semi-finis et finis en alliage d'aluminium, de cuivre, de nickel et de fer avec ou sans matière dispersée par voie d'oxydation sont réalisés par thermoformage, dans lequel le formage se déroule en une seule opération à température constante ou quasi constante, de très peu inférieure à la température du solidus de l'alliage de la pièce à travailler, à une vitesse de déformation relativement basse et sous des forces de déformation spécifiques faibles. La pièce à travailler et l'outil sont maintenus au moins durant la dernière phase la plus longue du formage à la température, si possible la même température, maximale admissible proche de la ligne du solidus. De préférence, un recuit préalable d'homogénéisation de la matière à ladite température maximale admissible suivi d'un refroidissement à la température ambiante avant le formage. Très bon pouvoir de remplissage du moule.Semi-finished and finished products made of aluminum, copper, nickel and iron alloy with or without material dispersed by oxidation are produced by thermoforming, in which the forming takes place in a single operation at constant temperature or almost constant, very little lower than the solidus temperature of the alloy of the workpiece, at a relatively low deformation speed and under low specific deformation forces. The workpiece and the tool are maintained at least during the last longest phase of forming at the temperature, if possible the same temperature, maximum allowable near the solidus line. Preferably, a prior homogenization of the material at said maximum admissible temperature followed by cooling to ambient temperature before forming. Very good filling power of the mold.

Description

Verfahren zur Herstellung eines Halbzeugs oder eines Fertigteils aus einem metallischen Werkstoff durch Warm- Formgebung Process for producing a semi-finished product or a finished part from a metallic material by hot shaping

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Herstellung eines Halbzeugs oder eines Fertigteils nach der Gattung des Anspruchs 1.The invention is based on a method for producing a semifinished product or a finished part according to the preamble of claim 1.

Bei der Warm-Formgebung metallischer Werkstoffe trachtet man aus wirtschaftlichen Gründen danach, einerseits die Anzahl der Verfahrensschritte möglichst niedrig zu halten, andererseits möglichst nahe an die endgültige Form heran zukommen, um das Ausmass eventuell erforderlicher kostspieliger spanabhebender Bearbeitung zu beschränken. Bekannte Verfahren dieser Art sind z.B. das isotherme oder quasi-isotherme Umformen (Umformen mit beheizten Werkzeugen), wie es sich vor allem beim Schmieden (Gesenkschmieden) durchgesetzt hat. Man versucht ferner, durch Formgebung im sog. superplastischen Zustand des Werkstoffes - sofern sich ein solcher Zustand überhaupt einstellen lässt - gleichzeitig den Formänderungswiderstand herabzusetzen und das Formfüllungsvermögen zu verbessern (siehe: G.Schröder, Isothermes und superplastisches Umformen beim Gesenkschmieden, Werkstatt und Betrieb 113/1980/11, S . 765 - 770; G.H. Gessinger, Isothermes Umformen - Ein kostengünstiges Präzisionsschmiedeverfahren, Fachberichte Hüttenpraxis Metallweiterverarbeitung 11/78, S. 954-957).When it comes to the hot shaping of metallic materials, for economic reasons one tries to keep the number of process steps as low as possible, and on the other hand to get as close as possible to the final shape in order to limit the amount of costly machining that may be required. Known processes of this type are, for example, isothermal or quasi-isothermal forming (forming with heated tools), as has become established above all in forging (drop forging). Attempts are also being made to reduce the resistance to deformation and to improve the mold filling capacity by shaping the so-called superplastic state of the material - if such a state can be set at all (see: G. Schröder, isothermal and superplastic forming in drop forging, workshop and operation 113 / 1980/11, S. 765 - 770; GH Gessinger, Isothermal Forming - An Inexpensive Precision Forging Process, Technical Reports Metallurgical Processing Metalworking 11/78, pp. 954-957).

Bei den beschriebenen Umformverfahren werden die Möglichkeiten kostengünstiger Fertigung nur in unvollkommener Weise genutzt. Die konventionelle isotherme Verformung wird in der Regel bei Temperaturen durchgeführt, die vergleichsweise tief liegen, d.h. aus Sicherheitsgründen einen beträchtlichen Abstand von der Solidustemperatur aufweisen. Bei diesen Temperaturen lässt jedoch dieIn the case of the forming processes described, the possibilities of inexpensive production are used only in an imperfect manner. Conventional isothermal deformation is usually carried out at temperatures that are comparatively low, i.e. have a considerable distance from the solidus temperature for safety reasons. At these temperatures, however

Duktilität des zu verformenden Werkstücks zu wünschen übrig und die notwendigen Formänderungskräfte sowie die Formänderungsenergie ist verhältnismässig hoch. Beim superplastischeπ Umformen andererseits ist man auf ein ultrafeines Korn des Rohlings angewiesen, das sich nur durch gewisse Legierungszusätze und aufwendige thermomechanische Verfahren erreichen lässt. Gewisse Werkstoffe zeigen überhaupt keine Superplastizität, so dass man wegen dieser Forderungen bezüglich Gefügeaufbau wieder an entsprechende Werkstoffgrenzen anstösst. Es besteht daher ein grosses Bedürfnis, ganz allgemein die Möglichkeiten der Warm-Formgebung metallischer Werkstoffe durch Verfeinerung und Verbreiterung der Verfahren zu erweitern und auf möglichst viele Werkstoffe zu erstrecken.Ductility of the workpiece to be deformed leaves something to be desired and the necessary deformation forces and the deformation energy are relatively high. Superplastic forming, on the other hand, relies on an ultra-fine grain of the blank, which can only be achieved with certain alloy additives and complex thermomechanical processes. Certain materials do not show any superplasticity at all, so that due to these requirements with regard to the structure of the structure, the corresponding material limits are encountered again. There is therefore a great need to expand the possibilities of hot-forming metallic materials in general by refining and broadening the processes and to extend them to as many materials as possible.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Warm-Formgebungsverfahren für metallische Werkstoffe anzugeben, welches bei grosser Einfachheit die Herstellung von Halbzeug oder Fertigteilen in möglichst wenig Arbeitsschritten erlaubt und dank gutem Formfüllungsvermögen die konstruktiven Grenzen zu erweitern gestattet. Das Verfahren soll womöglich auf eine Vielzahl von Werk Stoffen anwendbar sein.The invention is based on the object of specifying a hot molding process for metallic materials which, with great simplicity, allows the production of semifinished or finished parts in as few work steps as possible and, thanks to good mold filling capacity, allows the design limits to be expanded. The process is said to possibly work on a variety of plants Substances may be applicable.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.According to the invention, this object is achieved by the features of claim 1.

Der Leitgedanke der Erfindung besteht darin, den Werkstoff möglichst dicht unterhalb der Solidustemperatur zu ver formen, lokale Verflüssigung jedoch peinlichst zu vermeiden. Durch diese Massnahme wird die Fliess-Spannung (Verformungswiderstand) des Werkstoffs ganz beträchtlich herabgesetzt, so dass optimales Formfüllungsvermögen er reicht wird.The main idea of the invention is to form the material as close as possible to below the solidus temperature, but to avoid local liquefaction in the best possible way. With this measure, the yield stress (deformation resistance) of the material is reduced considerably, so that optimum mold filling capacity is achieved.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Ausführungsbeispiele und einer erläuternden Figur beschrieben.The invention is described with reference to the following exemplary embodiments and an explanatory figure.

Dabei zeigt:It shows:

die Figur das Arbeitsdiagramm des Verfahrens in Form einer Zeit/Temperatur-Funktion.the figure shows the working diagram of the method in the form of a time / temperature function.

In der Figur stellt die Abszisse die Zeit-, die Ordinate die Temperaturachse dar. Mit der Horizontalen auf demIn the figure, the abscissa represents the time axis, the ordinate the temperature axis. With the horizontal on the

Niveau 1 ist die Solidustemperatur Tsol des zu ver formenden Werkstoffs (Legierung) gekennzeichnet, welche unter allen Umständen während des ganzen Arbeitsprozesses nicht erreicht werden darf. Andernfalls würden sich örtliche Anschmelzungen ergeben und der Zusammenhang und kontrollierte Gefügeaufbau des Werkstücks ginge verloren. 2 ist die maximale Temperatur, welche - meist am Ende der Formgebung - gleichzeitig vom Werkstück und Werkzeug erreicht werden darf. Je nach Legierung und Art des Werkstücks muss sie stets um einen gewissen Betrag unterhalb 1 (Tsol) bleiben. 3 stellt die Komogenisierungstem peratur des Werkstücks dar, für welche dasselbe wie für Temperatur 2 gilt, damit mit Sicherheit spätere Anschmelzungen während des Umformens vermieden werden. 4 ist der Verlauf der Werkstücktemperatur über der Zeit bis zum Ende der Formgebung. Diese Operation zerfällt in die Vorwärmphase 8 und die Umformphase 9. 5 stellt den Verlauf der Werkstücktemperatur bei normaler Abkühlung auf Raumtemperatur dar. 6 ist der analoge Verlauf nach der Formgebung für den Fall, dass an letztere direkt eine weitere zusätzliche Wärmebehandlung (z.B.Level 1 indicates the solidus temperature T sol of the material (alloy) to be deformed, which must not be reached during the entire work process under any circumstances. Otherwise local melting would occur and the connection and controlled structure of the workpiece would be lost. 2 is the maximum temperature which - mostly at the end of the shaping - can be reached by the workpiece and tool at the same time. Depending on the alloy and type of workpiece, it must always remain below 1 (T sol ) by a certain amount. 3 represents the comogenization system temperature of the workpiece, for which the same applies as for temperature 2, so that subsequent melting during the forming process can be avoided with certainty. 4 is the course of the workpiece temperature over time until the end of the shaping. This operation breaks down into the preheating phase 8 and the forming phase 9. 5 represents the course of the workpiece temperature during normal cooling to room temperature. 6 is the analogous course after shaping in the event that the latter is directly subjected to further additional heat treatment (e.g.

Warmauslagern, Thermalhärten etc.) angeschlossen wird. In den meisten Fällen wird man um eine vorgängige Homogenisierung des Werkstoffs nicht herumkommen. Diese stellt jedoch keine unbedingt notwendige Voraussetzung für das erfindungsgemässe Verfahren dar, bedeutet jedoch eine bevorzugte Sicherheitsmassnahme. Der Verlauf der Temperatur während der Homogenisierungsphase 10 ist durch den Linienzug 7 dargestellt.Warm aging, thermal hardening etc.) is connected. In most cases, you will not be able to avoid homogenizing the material beforehand. However, this is not an absolutely necessary prerequisite for the method according to the invention, but it means a preferred safety measure. The course of the temperature during the homogenization phase 10 is shown by the line 7.

Ausführungsbeispiel I: Gesenkpressen eines Radialverdichterrades aus einer Al-Cu- Mg-Ni-Legierung.Embodiment I: Die pressing of a radial compressor wheel made of an Al-Cu-Mg-Ni alloy.

Ein Radialverdichterrad von 180 mm Durchmesser wurde in einem Arbeitsgang durch isothermes Hochtemperaturpressen aus einem scheibenförmigen zylindrischen Rohling hergestellt. Die verwendete Aluminiumlegierung entsprach der US-AA-Norm 2618 und hatte folgende Zusammensetzung:A radial compressor wheel with a diameter of 180 mm was produced in one operation by isothermal high-temperature pressing from a disc-shaped cylindrical blank. The aluminum alloy used complied with US AA standard 2618 and had the following composition:

Si = 0,10 - 0,25 Gew.-%Si = 0.10 - 0.25% by weight

Fe = 0,9 - 1,3 Gew.-%Fe = 0.9 - 1.3% by weight

Cu = 1,9 - 2,7 Gew.-% Mg = 1,3 - 1,8 Gew.-%Cu = 1.9-2.7% by weight Mg = 1.3-1.8% by weight

Ni = 0,9 - 1,2 Gew.-% Zn = 0 , 10 Gew. -%Ni = 0.9-1.2% by weight Zn = 0.10% by weight

Ti = 0 , 04 - 1 , 10 Gew. -% AI = RestTi = 0.04-1.10% by weight AI = rest

Als Ausgangsmaterial wurde eine Scheibe in Form eines Stangenabschnittes benutzt. Die Stange war ihrerseits aus einem Abschnitt eines durch Strangguss hergestellten Pressbolzens grösseren Durchmessers durch Strangpressen hergestellt worden. Bei grösseren Rohlingabmessungen (Scheibe von mehr als 200 mm Durchmesser) können als Vorformen auch durch Freiformschmieden hergestellte Werkstücke zum Einsatz gelangen. Die Form des herzustellenden Verdichterrades wies 18 radial stehende, am Umfang in tangentialer Richtung leicht gekrümmte Schaufeln von ca. 30 mm Tiefe auf, welche am Fuss eine Wandstärke von ca. 4 mm, am Kopf eine solche von ca. 2 mm hatten. Der scheibenförmige Radkörper hatte am Umfang eine axiale Wandstärke von ca. 6 mm.A disc in the form of a rod section was used as the starting material. The rod itself was made from a section of a larger diameter press stud produced by extrusion by extrusion. In the case of larger blank dimensions (disc with a diameter of more than 200 mm), workpieces produced by open-die forging can also be used as preforms. The shape of the compressor wheel to be produced had 18 radially standing blades, slightly curved on the circumference in the tangential direction, of approximately 30 mm depth, which had a wall thickness of approximately 4 mm at the base and one of approximately 2 mm at the head. The disk-shaped wheel body had an axial wall thickness of approx. 6 mm on the circumference.

Versuche in der Praxis haben bewiesen, dass es völlig unmöglich ist, einen Körper von derart komplizierter Geometrie durch konventionelles Pressen oder Schmieden zu fertigen. Die Istform weicht zufolge ungenügenden Formfüllungsvermögen beträchtlich von den Sollwerten ab.Practical tests have shown that it is completely impossible to manufacture a body of such a complicated geometry by conventional pressing or forging. The actual shape deviates considerably from the target values due to insufficient mold filling capacity.

Das Vormaterial wurde vor der Formgebung einer Homogenisie rungsglühung bei einer Temperatur von 520 C während 20 h unterworfen. Diese Massnahme dient zur Vermeidung örtlichen Anschmelzens oder örtlicher Porenbildung beim nachträglichen Durchlaufen der maximalen Temperatur während des Verformungsvorganges. Letzterer wurde als isothermes Hochtemperaturgesenkpressen auf einer speziell eingerichteten und mit einer induktiven Werkstück- und Werkzeugheizung versehenen hydraulischen Presse durchgeführt. Die Presse war für niedrige Stempelgeschwindigkeiten von 0,05 - 5 mm/s eingerichtet, welche während des Pressens beliebig verändert werden konnte. Ferner konnte die Presskraft auch über längere vorbestimmte Zeitdauer nach Erreichen eines vorgegebenen Grenzwertes konstant gehalten werden. Tisch und Stempel waren mit einer Kühlvorrichtung versehen. Die induktive Heizanlage bestand aus je einer Induktionsspule für die Erwärmung des Werkstückrohlings wie auch der aus Warmarbeitsstahl gefertigten Werkzeuge (Gesenke). Eine genaue Temperaturkontrolle und Temperaturregelung wurde über Thermoelemente im Werkzeug sowie über Taster am Werkstückrohling gewährleistet. Zum Transport des Werkstücks in die Erwärmungszone bzw. in den Bereich des Werkzeuges sowie zum Ausstossen aus dem Werkzeug nach erfolgter Umformung und Transport bis zur Ablage diente eine speziell konstruierte Vorrichtung.The starting material was subjected to a homogenization annealing at a temperature of 520 ° C. for 20 hours before the shaping. This measure serves to avoid local melting or local pore formation when the maximum temperature is subsequently passed during the shaping process. The latter was carried out as an isothermal high-temperature die press on a specially designed hydraulic press equipped with inductive workpiece and tool heating. The press was set up for low stamp speeds of 0.05 - 5 mm / s, which could be changed as desired during the pressing. Furthermore, the pressing force could also be kept constant over a longer predetermined period of time after a predetermined limit value had been reached. The table and stamp were provided with a cooling device. The inductive heating system consisted of an induction coil for heating the workpiece blank as well as the tools (dies) made of hot-work steel. Precise temperature control and temperature control was ensured via thermocouples in the tool and via buttons on the workpiece blank. A specially designed device was used to transport the workpiece into the heating zone or into the area of the tool, as well as to eject it from the tool after it had been formed and transported to storage.

Der Werkstückrohling in Form einer Scheibe wurde zunächst durch Einschieben in die zugehörige Induktionsspule durchgehend auf eine Temperatur von 480ο + 10οC erwärmt. Darauf hin wurde der Rohling in das auf 480ο - 520οC erwärmteThe workpiece blank in the form of a disc was first continuously heated to a temperature of 480 ο + 10 ο C by inserting it into the associated induction coil. Then the blank was ο out in the 480 - 520 ο C heated

Gesenk eingelegt. Nun wurde die Pressgeschwindigkeit auf einen mittleren Wert von ca. 0,5 - 1 mm/s eingestellt. Während dieser ersten Phase des Stauchens, bei welcher sich die Werkstücktemperatur der Werkzeugtemperatur anpasst, stieg die Presskraft nur wenig an (von 0 auf ca. 500 kN). In einer zweiten Phase erfolgte nun das Ausformen der Schaufeln, wobei die Stempelgeschwindigkeit auf 0,05 - 0,1 mm/s herabgesetzt wurde und die Presskraft gleichzeitig stetig anstieg, bis sie ihr Maximum erreichte (ca. 3000 kN). Die Presskraft wurde nun konstant gehalten, um während dieser ca. 5 - 10 min dauernden dritten Phase die Form vollends zu füllen. Die Presszeit für ein derartiges Verdichterrad betrug ca. 10 - 20 min, wobei der mittlere Pressdruck sich zu ca. 120 MPa ergab.Die inserted. Now the pressing speed was set to an average value of approx. 0.5 - 1 mm / s. During this first phase of upsetting, in which the workpiece temperature adapts to the tool temperature, the pressing force rose only slightly (from 0 to approx. 500 kN). The blades were then shaped in a second phase, the punch speed being reduced to 0.05-0.1 mm / s and the pressing force increasing steadily until it reached its maximum (approx. 3000 kN). The pressing force was now kept constant in order to completely fill the mold during this third phase, which lasted about 5-10 minutes. The pressing time for such a compressor wheel was approx. 10-20 min. the mean pressing pressure was approximately 120 MPa.

Bei der hier gepressten Al-Cu-Mg-Ni-Legierung liegt die Solidustemperatur bei 549°C , die Lösungsglühtemperatur bei 530οC. Bei 520οC existiert in dieser Legierung noch die ungelöste intermetallische Verbindung FeNiAl9 als selbständige Phase. Sie verhindert ein unkontrolliertes Kornwachstum bei der Hochtemperaturformgebung. Die Verformungstemperatur von 480ο - 520οC war in dieser Beziehung optimal gewählt und örtliche Porenbildung durch Anschmelzungen war ebenfalls nicht zu befürchten.When pressed here Al-Cu-Mg-Ni alloy, the solidus temperature is at 549 ° C, the solution treatment at 530 ο ο C. At 520 C exists in this alloy still undissolved intermetallic compound FeNiAl 9 as a separate phase. It prevents uncontrolled grain growth during high temperature shaping. The deformation temperature of 480 ο - 520 ο C was optimally chosen in this regard and local pore formation due to melting was also not to be feared.

Im Vergleich zum erfindungsgemässen Gesenkpressen stellt sich die Formgebung nach konventioneller Schmiedetechnik, die für die vorgenannte Aluminiumlegierung im Temperatur bereich von ca. 410 - 450oC durchgeführt wird, wesent lieh ungünstiger . Die Pres sdrücke liegen hier erfahrungs gemäss bei 200 - 500 MPa, was schwerere und kräftigere Pressen erfordert. Das Formfüllungsvermögen ist bedeutend schlechter, so dass die Schaufeln das Sollmass (Rippenwandstärke 2 - 4 mm) bei weitem nicht erreichen und man mit Rippenstärken von ca. 8 - 10 mm im erstenCompared to the invention for punching, the forming is according to the conventional forging technology, which for the aforementioned aluminum alloy in the temperature range of about 410 - 450 ° C is carried out, Wesent lent favorable. Experience has shown that the pressures here are between 200 and 500 MPa, which requires heavier and stronger presses. The mold filling capacity is significantly poorer, so that the blades do not reach the target dimension (rib wall thickness 2 - 4 mm) by far and one with rib thicknesses of approx. 8 - 10 mm in the first

Arbeitsgang Vorlieb nehmen muss. Dies bedingt mindestens einige weitere Arbeitsschritte, unter anderem eine zusätzliche kostspielige spanabhebende Bearbeitung.Operation must be satisfied. This requires at least a few additional work steps, including additional costly machining.

Ausführungsbeispiel II: Gesenkpressen einer Turbinenschaufel aus einer ausscheidungshärtbaren Nickelbasis-Superlegierung.Embodiment II: Die pressing of a turbine blade made of a precipitation-hardenable nickel-based superalloy.

Eine Turbinenschaufel von 150 mm Länge und 35 mm Breite wurde in einen Arbeitsgang durch isothermes Hochtempera turpressen aus einem Stangenabschnitt hergestellt. Die verwendete Legierung mit dem Handelsnamen Nimonic-80A hatte folgende Zusammensetzung:A turbine blade 150 mm long and 35 mm wide was cut in one operation due to isothermal high temperatures door presses made from a bar section. The alloy used with the trade name Nimonic-80A had the following composition:

Cr = 19,5 Gew.-% Co = 1,0 Gew.-%Cr = 19.5% by weight Co = 1.0% by weight

Ti = 2,25 Gew.-%Ti = 2.25% by weight

AI = 1,4 Gew.-%AI = 1.4% by weight

Fe - 1,5 Gew.-%Fe - 1.5% by weight

C =. 0,05 Gew.-% Cu = max. 0,10 Gew.-5C =. 0.05% by weight Cu = max. 0.10 wt

Ni = RestNi = rest

Als Ausgangsmaterial wurde ein Abschnitt aus einer gewalzten Stange benutzt. Um für die Formgebung ein homogenes Gefüge bereitzustellen, wurde das Vormaterial zunächst unter Schutzgas bei einer Temperatur von 1080οC während 8h geglüht und anschliessend in Wasser abgeschreckt. Die zur Durchführung der Operation vorgesehene hydraulische Presse war im Prinzip ähnlich aufgebaut wie diejenige unter Beispiel I beschriebene. Sie wies einen Einstellbereich für die Stempelgeschwindigkeit von 0,05 - 25 mm/s auf. Ausserdem war sie derart gekapselt, dass wahlweise ein Betrieb unter Schutzgas oder Vakuum möglich war. Als Werkzeug dienten Gesenke aus der bekannten Molybdänlegierung TZM, welche Arbeitstemperaturen bis über 1200οC erlauben. Die induktive Heizung war gleich gestaltet wie diejenige unter Beispiel I. Zusätzlich zum Transportsystem für das Werkstück waren Schleusenkammern vorhanden, welche den Uebergang zwischen Pressraum und Aussenwelt ermöglichten.A section from a rolled bar was used as the starting material. In order to provide a homogeneous structure for the shaping, the primary material was first annealed under protective gas at a temperature of 1080 o C for 8 hours and then quenched in water. In principle, the hydraulic press provided for carrying out the operation was constructed similarly to that described in Example I. It had an adjustment range for the stamp speed of 0.05 - 25 mm / s. In addition, it was encapsulated in such a way that operation under protective gas or vacuum was possible. Dies were used as tool from the well-known molybdenum alloy TZM, which allow operating temperatures up to over 1200 ο C. The inductive heating was designed in the same way as that in example I. In addition to the transport system for the workpiece, there were lock chambers, which enabled the transition between the press room and the outside world.

Der Rohling wurde zunächst in der zugehörigen Induktionsspule auf eine Temperatur von 1100ο + 20οC erwärmt und anschliessend in das auf 1150° - 1200°C erwärmte TZM- Gesenk eingelegt. Daraufhin wurde der Stempel mit einer Pressgeschwindigkeit von ca. 4 mm/s gegen die untere Gesenkhälfte gedrückt (Phase I). Nach beginnendem An stieg der Presskraft wurde dann mit einer Pressgeschwindigkeit von ca. 0,1 mm/s zwecks Füllen der Gratpartie weiterverformt (Phase II). Nach Erreichen der Maximalkraft wurde dieser Wert bis zur endgültigen Formfüllung während ca. 5 min. konstant gehalten (Phase III). Diese Phase kann je nach Form und Werkstoff ca. 1 - 10 min dauern. Die gesamte Presszeit für eine derartige Turbinenschaufel kann ca. 2 - 15 min betragen. Der mittlere Pressdruck erreichte im vorliegenden Fall den Wert von ca. 200 MPa.The blank was first heated to a temperature of 1100 o + 20 o C in the associated induction coil then placed in the TZM die heated to 1150 ° - 1200 ° C. The stamp was then pressed against the lower half of the die at a pressing speed of approx. 4 mm / s (phase I). After the beginning of the pressing force rose, it was then deformed at a pressing speed of approx. 0.1 mm / s for the purpose of filling the burr section (phase II). After reaching the maximum force, this value was reached for about 5 minutes until the mold was finally filled. kept constant (phase III). Depending on the shape and material, this phase can last approx. 1 - 10 min. The total pressing time for such a turbine blade can be approximately 2-15 minutes. The mean pressing pressure in the present case reached approximately 200 MPa.

Die vorliegende Nickelbasis-Superlegierung weist eine Solidustemperatur von ca. 1360οC und eine Lösungsglühtemperatur von ca. 1080οC auf. Im Temperaturbereich von 1150ο - 1200οC , was einen hinreichend grossen Abstand von der Soliduslinie zur Verhütung von Anschmelzungen ent spricht, existieren noch ungelöste Metallkarbide in feinverteilter Form. Diese verhüten ein unkontrolliertes Kornwachstum während der Hochtemperaturverformung, was auch durch den Vergleich von metallographischen Schliffbildern festgestellt werden konnte.The present nickel-based superalloy has a solidus temperature of approx. 1360 o C and a solution annealing temperature of approx. 1080 o C. In the temperature range of 1150 ο - 1200 C ο what a sufficiently large distance from the solidus to prevent incipient melting speaks ent, there are still unresolved metal carbides in finely divided form. These prevent uncontrolled grain growth during high-temperature deformation, which could also be determined by comparing metallographic micrographs.

Beim konventionellen Schmieden/Pressen unter Hämmern und Spindelpressen hoher Geschwindigkeit sind die Pressdrücke vergleichsweise beträchtlich höher und würden im vorliegenden Beispiel Werte von 500 - 1000 MPa erreichen. Abgesehen von der erforderlichen Grosse derartiger Maschinen kommt man dabei auch an die Grenzen der Temperatur-Materialfestigkeit (Gefahr der Oberflächenrisse) der Gesenkwerkstoffe. Betreffend Formfüllungsvermögen bestehen die gleichen Nachteile wie unter Beispiel I ausgeführt wurde.In conventional forging / pressing under hammers and high-speed screw presses, the pressures are comparatively considerably higher and would reach values of 500 - 1000 MPa in the present example. In addition to the required size of such machines, the limits of the temperature-material strength (risk of surface cracks) of the die materials are also reached. There are mold filling capacities the same disadvantages as described in example I.

Ausführungsbeispiel III:Working example III:

Hochtemperaturpressen einer Turbinenschaufel aus einem oxyddispersionsgehärteten rostfreien ferritischen Stahl.High temperature presses of a turbine blade made of an oxide dispersion hardened stainless ferritic steel.

Eine Turbinenschaufel von 200 mm Länge und 50 mm Breite wurde in einem Arbeitsgang durch isothermes Hochtemperaturpressen aus einem Stangenabsohnitt hergestellt. Die verwendete Eisenlegierung hatte die nachfolgende Zusammensetzung:A turbine blade of 200 mm in length and 50 mm in width was produced in one operation by isothermal high-temperature presses from a rod section. The iron alloy used had the following composition:

Cr = 12,5 Gew.-%Cr = 12.5% by weight

Ti = 3,5 Gew.-%Ti = 3.5% by weight

Mo = 1,5 Gew.-%Mo = 1.5% by weight

C = 0,02 Gew.-%C = 0.02% by weight

Y2O3 = 0,5 Gew.-%Y 2 O 3 = 0.5% by weight

TiO2 = 1,0 Gew.-%TiO 2 = 1.0% by weight

Fe = RestFe = rest

Als Ausgangsmaterial wurde ein Abschnitt aus einer stranggepressten Stange verwendet. Die Legierung an sich wurde in bekannter Weise pulvermetallurgisch durch mechanisches Legieren und darauffolgendes Verdichten durch Strangpressen hergestellt. Der Rohling wurde zuerst während 15 min bei einer Temperatur von 1150οC homogenisiert und wieder auf Raumtemperatur abgekühlt. Die weiteren Verfahrensschritte wurden in analoger Weise wie unter Beispiel II beschrieben durchgeführt. Die Werkstücktemperatur betrug nach dem Vorwärmen ca. 1150οC , diejenige der TZM-Werkzeuge (Gesenkoberteil und -Unterteil) 1150ο 1200οC . Alle übrigen Parameter wurden in ähnlicher Art wie Beisoiel II eingehalten (Verformungsohasen I-III). Die in submikroskopischer Form und Verteilung vorliegenden oxydischen Dispersoide Y2O3 und TiO2 sind bis über 1200°C thermisch stabil und verhindern ein unkontrolliertes Kornwachstum während den Operationen mit Sicherheit. Ein auf diese Art und Weise hergestelltes Fertigteil aus einer Dispersionslegierung zeichnet sich durch maximale Dichte, d.h. absolute Porenfreiheit gegenüber noch herkömmlicher Art durch Pulvermetallurgie (Pressen + Sintern, heiss-iso statisches Pressen) direkt gefertigtes Werkstück aus.A section of an extruded rod was used as the starting material. The alloy itself was produced in a known manner by powder metallurgy by mechanical alloying and subsequent compression by extrusion. The blank was first homogenized at a temperature of 1150 ° C. for 15 minutes and cooled again to room temperature. The further process steps were carried out in a manner analogous to that described in Example II. The workpiece temperature after preheating 1150 ο C, that of TZM tools (swaging and base) 1150 ο 1200 ο C. All other parameters were adhered to in a similar way to Example II (deformation hare I-III). The submicroscopic form and distribution of the oxidic dispersoids Y 2 O 3 and TiO 2 are thermally stable up to over 1200 ° C and reliably prevent uncontrolled grain growth during the operations. A finished part made in this way from a dispersion alloy is characterized by maximum density, ie absolute freedom from pores compared to the conventional type of workpiece directly produced by powder metallurgy (pressing + sintering, hot isostatic pressing).

Ausführungsbeispiel IV:Working example IV:

Hochtemperatur-Strangpressen/Warmfliesspressen von Halbzeug und Fertigteilen aus einer Cu/Al/Ni-Gedächtnislegie rung mit Oxyddispersoid.High-temperature extrusion / hot extrusion of semi-finished and finished parts made of a Cu / Al / Ni memory alloy with oxide dispersoid.

Ein Rundstab von 5 mm Durchmesser wurde durch isothermes Hochtemperaturstrangpressen aus einem Pressbolzen vonA round rod of 5 mm in diameter was extruded from a press bolt by isothermal high-temperature extrusion

20 mm Durchmesser hergestellt. Die verwendete Formgedächtnislegierung hatte folgende Zusammensetzung:Made 20 mm diameter. The shape memory alloy used had the following composition:

AI - 13 Gew . -%AI - 13 wt. -%

Ni - 3 Gew. -%Ni - 3% by weight

Al2O3 - 0 , 4 Gew . -%Al 2 O 3 - 0.4 wt. -%

Cu - RestCu - rest

Als Ausgangsmaterial wurde ein pulvermetallurgisch durch mechanisches Legieren aus einer Cu/Ni-Vorlegierung und Aluminium mit Al2O3 hergestellter vorverdichteter Barren verwendet, welcher als Pressbolzen diente. Der Pressbolzen wurde zunächst während 1 h bei 950οC homogenisiert und wieder auf Raumtemperatur abgekühlt. Hierauf wurde er auf eine Temperatur von 850οC erhitzt und bei einer Temperatur von 850ο - 950οC durch eine Matrize aus einer Nickelbasislegierung (Handelsbezeichnung IN-100) zu einem Strang von 5 mm Durchmesser gepresst. Durch die Anwesenheit des Al2O3-Dispersoids in ultrafeiner Verteilung wird ein unzulässiges Kornwachstum während des Pressvorgangs vermieden.A precompacted ingot produced by mechanical alloying from a Cu / Ni pre-alloy and aluminum with Al 2 O 3 was used as the starting material, which served as a press bolt. The press bolt was first homogenized at 950 ° C for 1 h and cooled again to room temperature. Thereupon it was heated to a temperature of 850 ° C. and at a temperature of 850 ° to 950 ° C. by means of a matrix made of a nickel-based alloy (trade name IN-100) to form a strand of 5 mm in diameter. The presence of the Al 2 O 3 dispersoid in an ultrafine distribution prevents inadmissible grain growth during the pressing process.

Das Strangpressen und auch das Warmfliesspressen bei diesen verhältnismässig hohen Temperaturen dicht unter der Soliduslinie erlaubt dank dem besseren Formfüllungsvermögen kompliziertere Formen und Uebergänge mit kleineren Krümmungsradien. Es können auf diese Weise insbesondere auch dünnwandige Rippen (z.B. an Rippenrohren).erzeugt werden, was vor allem auch für Wärmeaustauscher von grosser Bedeutung ist (Aluminium- oder Kupferlegierungen).The extrusion and also the hot extrusion at these relatively high temperatures just below the solidus line allows, thanks to the better mold filling capacity, more complicated shapes and transitions with smaller radii of curvature. In this way, thin-walled fins (e.g. on finned tubes) can also be produced, which is particularly important for heat exchangers (aluminum or copper alloys).

Die Erfindung ist nicht auf die obigen Ausführungsbeispiele beschränkt. Sowohl Werkstück wie Werkzeug sollen für den Ve-rformungsprozess auf eine Temperatur gebracht werden, welche zwischen 5 Kelvin und höchstens 0,15 Tsol in Grad Kelvin (Tsol = Solidusteirroeratur in Grad Kelvin) tiefer liegt als Tsol. Der Temperaturunterschied im Werkstückquerschnitt und über die gesamte Zeit der isothermen/ quasiisothermen Formgebung soll höchstens 50οC und die Verformungsgeschwindigkeit

Figure imgf000014_0002
von 0 bis 10s-1 betragen, wobei
Figure imgf000014_0001
v = Werkzeuggeschwindigkeit h = WerkstückhδheThe invention is not restricted to the above exemplary embodiments. Both the workpiece and the tool are to be brought to a temperature for the deformation process which is between 5 Kelvin and at most 0.15 T sol in degrees Kelvin (T sol = solidus air temperature in degrees Kelvin) lower than T sol . The temperature difference in the workpiece cross-section and over the entire time of the isothermal / quasi-isothermal shaping should not exceed 50 ° C and the rate of deformation
Figure imgf000014_0002
from 0 to 10s -1 , where
Figure imgf000014_0001
v = tool speed h = workpiece height

Vorteilhafterweise wird das Werkstück vor der Formgebung während 0,1 bis 100 h bei einer Temperatur, welche der höchsten effektiv auftretenden Verformungstemperatur entspricht, zwecks Vermeidung von örtlichen Anschmelzungen und Porenbildung homogenisiert und wieder auf Raumtemperatur abgekühlt. Die Abkühlung nach der Formgebung kann auch in einem Abschrecken auf Raumtemperatur in Wasser oder Oel erfolgen. Ferner kann die Abschreckung ähnlich Thermalhärtung auch auf eine über der Raumtemperatur liegende Temperatur in ein Metall- oder Salzbad mit nachfolgender Auslagerung durchgeführt werden. Die Warmverformung kann prinzipiell in einem Gesenkschmieden, Warmpressen, Warmfliesspressen oder Warmstrangpressen bestehen. Vorteilhafterweise sollte die Warmverformung in einem Temperaturgebiet durchgeführt werden, in dem ausser einer als Hauptgefügebestandteil vorliegenden ersten Phase mindestens während der gesamten Verformungszeit noch eine das Kornwachstum hemmende zweite Phase vorliegt. Letztere kann beispielsweise bevorzugt aus einem oxydischen Dispersoid, wie Y2O3, TiO2, Al2O3 etc. oder aus einem gewöhnlichen Oxyd oder aus einem Karbid bestehen. Auf diese Weise lassen sich zum Beispiel Aluminiumlegierungen, Kupferlegierungen (insbesondere Cu/ Al/Ni), Nickelbasis-Superlegierungen, Nickelbasis-Dispersionslegierungen sowie Nickellegierungen des Typs Ni/Ti (Gedächtnislegierungen) oder Ni/Ti/Cu umformen. Das Verfahren lässt sich ferner auf warmfeste, rostfreie ferritische, ferritisch-austenitische und austenitische Stähle, insbesondere oxyddispersionsgehärtete Stähle anwenden. Der zu verformende Werkstoff kann ausserdem im Rohzustand als poröser Sinterkörper oder als grüner, kalt vorgepresster Körper aus einem Sinterwerkstoff vorliegen, welcher während des Verformungsvorganges gleichzeitig verdichtet, gesintert und in die beabsichtigte Form übergeführt wird. Before shaping, the workpiece is advantageously homogenized for 0.1 to 100 h at a temperature which corresponds to the highest effective deformation temperature, in order to avoid local melting and pore formation, and is cooled again to room temperature. The cooling after shaping can can also be done by quenching to room temperature in water or oil. Quenching, similar to thermal hardening, can also be carried out to a temperature above room temperature in a metal or salt bath with subsequent aging. In principle, hot forming can be drop forging, hot pressing, hot extrusion or hot extrusion. Advantageously, the hot forming should be carried out in a temperature range in which, in addition to a first phase as the main structural component, there is also a second phase which inhibits grain growth at least during the entire shaping time. The latter can preferably consist, for example, of an oxidic dispersoid, such as Y 2 O 3 , TiO 2 , Al 2 O 3 etc., or of an ordinary oxide or of a carbide. In this way, for example, aluminum alloys, copper alloys (in particular Cu / Al / Ni), nickel-based super alloys, nickel-based dispersion alloys and nickel alloys of the Ni / Ti type (memory alloys) or Ni / Ti / Cu can be formed. The method can also be applied to heat-resistant, rustproof ferritic, ferritic-austenitic and austenitic steels, in particular oxide-dispersion-hardened steels. The raw material can also be in the raw state as a porous sintered body or as a green, cold-pressed body made of a sintered material, which is compressed, sintered and converted into the intended shape at the same time during the shaping process.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e Patent claims 1. Verfahren zur Herstellung eines Kalbzeugs oder eines Fertigteils aus einem metallischen Werkstoff durch Warm-Formgebung, dadurch gekennzeichnet, dass ein zunächst als Gussbarren, Walzbarren oder Schmiederohling Vorliegendes Werkstück auf eine Temperatur erwärmt wird, welche 5 Grad Kelvin bis höchstens 0,15 Tsol in Grad Kelvin unterhalb der Solidustemperatur des Werkstoffes liegt, dass das Werkstück hierauf mit einem Werkzeug in Kontakt gebracht wird, dessen Temperatur konstant gehalten wird und um 5 Grad Kelvin bis1. A method for producing a calf or a finished part from a metallic material by hot forming, characterized in that a workpiece initially present as a cast ingot, rolled ingot or forging blank is heated to a temperature which is 5 degrees Kelvin to a maximum of 0.15 T sol in degrees Kelvin below the solidus temperature of the material, the workpiece is then brought into contact with a tool whose temperature is kept constant and by 5 degrees Kelvin to 0,15 Tsol in Grad Kelvin tiefer liegt als die Solidus- temperatur des Werkstoffes jedoch höher als die Vorwärmtemperatur des Werkstücks, und dass das Werkstück mit einer Verformungsgeschwindigkeit
Figure imgf000016_0003
bezogen auf die Querschnittsänderung von 0 bis 10s isotherm oder quasiisotherm derart verformt wird, dass der Temperaturunterschied im ganzen Werkstückquerschnitt und über die gesamte Zeit der Formgebung hin be trachtet höchstens 50οC beträgt, wobei
Figure imgf000016_0002
folgender massen definiert ist:
Figure imgf000016_0001
v = Werkzeuggeschwindigkeit h = Werkstückhöhe
0.15 T sol in degrees Kelvin is lower than the solidus temperature of the material but higher than the preheating temperature of the workpiece, and that the workpiece with a rate of deformation
Figure imgf000016_0003
is deformed isothermally or quasi-isothermally based on the change in cross-section from 0 to 10s in such a way that the temperature difference across the entire workpiece cross-section and over the entire time of the shaping is a maximum of 50 ° C, whereby
Figure imgf000016_0002
the following dimensions are defined:
Figure imgf000016_0001
v = tool speed h = workpiece height
Tsol = Solidustemperatur in Grad Kelvin,T sol = solidus temperature in degrees Kelvin, und dass schliesslich das Werkstück einer Abkühlung unterworfen wird.and that the workpiece is finally subjected to cooling.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück vor der Erwärmung zur Warm-Formgebung während 0,1 bis 100 h bei einer Temperatur, welche der höchsten effektiv auftretenden Verformungstemperatur entspricht, zwecks Vermeidung späterer örtlicher Anschmelzungen und Porenbildung homogenisiert und danach wieder auf Raumtemperatur abgekühlt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the workpiece before heating for hot shaping during 0.1 to 100 h at a temperature which corresponds to the highest effective deformation temperature, in order to avoid subsequent local melting and pore formation, the mixture is then cooled again to room temperature. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abkühlung des Werkstücks in einem Abschrecken von Verformungstemperatur auf Raumtemperatur in Wasser, Oel oder auf eine über der Raumtemperatur liegende Temperatur in Oel, Metall oder Salzbad besteht und dass das Werkstück anschliessend bei Raumtemperatur oder bei einer über Raumtemperatur liegenden Temperatur ausgelagert wird.3. The method according to claim 1, characterized in that the cooling of the workpiece consists in quenching the deformation temperature to room temperature in water, oil or to a temperature above room temperature in oil, metal or salt bath and that the workpiece is then at room temperature or at is outsourced to a temperature above room temperature. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Warmverformung in einem Gesenkschmieden,4. The method according to claim 1, characterized in that the hot forming in a drop forging, Warmpressen, Warmfliesspressen oder Warmstrangpressen besteht.Hot pressing, hot extrusion or hot extrusion exists. 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Warmverformung in einem Temperaturgebiet des Werkstoffes durchgeführt wird, in welchem ausser einer ersten Phase als Hauptgefügebestandteil mindestens während der Gesamtzeit der Verformung noch eine das Kornwachstum hemmende zweite Phase vorliegt.5. The method according to claim 1, characterized in that the hot deformation is carried out in a temperature range of the material in which, in addition to a first phase as the main structural component, there is a second phase which inhibits grain growth at least during the total time of the deformation. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die das Kornwachstum hemmende Phase aus einem6. The method according to claim 5, characterized in that the grain growth inhibiting phase from one Oxyddispersoid wie Y2O3, TiO2 oder aus einem Oxyd oder einem Karbid besteht. Oxide dispersoid such as Y 2 O 3 , TiO 2 or consists of an oxide or a carbide. 7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zu verformende Werkstoff eine Aluminiumlegierung ist.7. The method according to claim 1, characterized in that the material to be deformed is an aluminum alloy. 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Aluminiumlegierung die nachfolgende Zusammensetzung aufweist:8. The method according to claim 7, characterized in that the aluminum alloy has the following composition: 1,9 - 2,7 % Cu1.9-2.7% Cu 1,3 - 1,6 % Mg1.3-1.6% Mg 0,9 - 1,2 % Ni Rest AI.0.9 - 1.2% Ni rest AI. 9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zu verfcrmende Werkstoff eine Kupferlegierung des Typs Cu/Al/Ni ist.9. The method according to claim 1, characterized in that the material to be deformed is a copper alloy of the Cu / Al / Ni type. 10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zu verformende Werkstoff eine Nickelbasis-10. The method according to claim 1, characterized in that the material to be deformed is a nickel-based Superlegierung oder eine Nickelbasis-Dispersionslegierung oder eine Nickellegierung des Typs Ni/Ti oder Ni/Ti/Cu ist.Super alloy or a nickel-based dispersion alloy or a nickel alloy of the Ni / Ti or Ni / Ti / Cu type. 11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zu verformende Werkstoff ein warmfester rostfreier ferritischer, ferritisch-austenitischer oder austenitischer Stahl ist.11. The method according to claim 1, characterized in that the material to be deformed is a heat-resistant stainless ferritic, ferritic-austenitic or austenitic steel. 12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der zu verformende Werkstoff ein ferrit.ischer, oxyddispersionsgehärteter Stahl ist. 12. The method according to claim 11, characterized in that the material to be deformed is a ferritic oxide-hardened steel. 13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zu verformende Werkstoff ein im Rohzustand als poröser Sinterkörper oder als grüner, kalt vor gepresster Körper vorliegender Sinterwerkstoff ist, welcher gleichzeitig während des Verformungsvorganges verdichtet, gesintert und in die beabsichtigte Form übergeführt wird. 13. The method according to claim 1, characterized in that the material to be deformed is a raw sintered material as a porous sintered body or as a green, cold pre-pressed body, which at the same time compresses, sintered and converted into the intended shape during the shaping process.
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