DE2155513A1

DE2155513A1 - Bimetallbefestiger

Info

Publication number: DE2155513A1
Application number: DE19712155513
Authority: DE
Inventors: Edward L. Walton Hills Ohio Thellmann (V.St.A.)
Original assignee: Clevite Corp
Current assignee: Clevite Corp
Priority date: 1970-11-09
Filing date: 1971-11-09
Publication date: 1972-05-10
Also published as: FR2113713A5; GB1314299A; US3762266A

Description

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8, November 1971 Gzs/Ra.

Clevite Corporation, Cleveland, Ohio / USA

Birnetallbefestiger

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Befestiger, wie z.B. Niete, Schrauben, Bolzen usw., und mehr im einzelnen auf einen Niet, der aus zwei Teilen zusammengesetzt ist, die verschiedene metallische Puderbestandteile besitzen. Bisher wurden Bimetallbefestiger insbesondere in der Luftfahrtindustrie benutzt. Derartige Befestiger werden dadurch hergestellt, daß verschiedene Segmente zusammengeschweißt werden. Diese Art der Verschweißung wird gewöhnlich als eine "Reibverschweißung" (friction welding) bezeichnet, bei der die Verschweißung unter Druckkontakt zwischen den Flächen der zwei verschiedenen Metallstücke durchgeführt wird. Ein Teil wird stationär gehalten, während der andere Teil gedreht und in die Richtung des stationären Teils bewegt wird, um eine Festkörperfließschweißung zu bilden.

Befestiger dieses Typs werden hergestellt, um hohe Festigkeits- und/oder Temperatureigenschaften zu erhalten. Wegen des Mangels

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der Duktilität von gewissen Metallen, können Befestiger, insbesondere Niete von Material hoher Festigkeit, nicht bearbeitet werden. Daher wird der Niet mit einem Schwanzteil versehen, das aus einem Material zusammengesetzt ist, das deformierbar ist, so daß eine radial sich ausbreitende Umbördelung gebildet werden kann, um die Strukturmaterialien in der herkömmlichen Weise zusammenzuklemmen.

Es wurde nun gefunden, daß ein Bimetallbefestiger von Pudermetallpartikeln die gleichen oder im wesentlichen die gleichen Eigenschaften liefern kann, um die Bedürfnisse nach hoher Festigkeit und Temperaturwiderstandsfähigkeit zu befriedigen. Der Pudermetallbefestiger in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung kann zu einem Bruchteil der Kosten hergestellt werden, die für die Herstellung reibverschweißter Metallbe-""" festiger aufzuwenden wären.

Es ist daher das hauptsächliche Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Metallbefestiger zu liefern, der aus Teilen mit verschiedenen metallischen Bestandteilen zusammengesetzt ist, und der mit verhältnismäßig niedrigen Kosten hergestellt werden kann. Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung liegt in der

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Lieferung eines Metallbefestigers, der In eine Öffnung eingeführt werden kann, die in zwei oder mehr tibereinandergelegten strukturellen Teilen gebildet ist, wobei der Metallbefestiger diese Teile fest zusammen verklemmen soll. Der Befestiger besteht aus einem gleichmäßigen Körper aus Pudermetall mit einem verhältnismäßig unverformbaren lasttragenden Kopfteil, einem angrenzenden Schaftteil und einem vergleichsweise verformbaren Schwanzteil. Der Kopf und der Schaftteil sind aus gesinterten und verdichteten Puderpartikeln eines ersten Metalles zusammengesetzt, und der Schwanzteil,ist aus gesinterten und verdichteten Puderpartikeln eines unterschiedlichen zweiten Metalls zusammengesetzt. Die Fläche zwischen dem Schaft-und dem Schwanzteil bildet die Diffusionszone und besteht aus gemischten Partikeln in einem Legierungsstatus des ersten und des zweiten Metalls.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der beiliegenden Darstellung eines Ausführungsbeispiels sowie aus der folgenden Beschreibung.

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Es zeigt:

Fig. 1 in einer perspektivischen Ansicht einen Niet; und

Fig. 2 eine Querschnittsansicht eines Niets, der zwei

strukturelle Teile in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung verklemmt.

In den Fig. 1 und 2 ist ein Niet IO in einer herkömmlichen Konfiguration gezeigt. Der Niet 10 hat einen radial vergrößerten Kopfteil 12, dessen Geometrie einem Kegelstumpf ähnelt, und einen angrenzend liegenden zylindrischen Schaftteil 14, der mit dem Kopfteil axial fluchtet, und schließlich einen ^ Schwanzteil 16, dessen äußerer Durchmesser im wesentlichen gleich ist zu dem des Schaftteils 14. Die axiale Länge des Schwanzteils im Vergleich zur axialen Länge des Schaftteils hängt von der Gesamtdimension des Niets ab und von der Dicke der strukturellen Teile, die der Niet miteinander befestigen soll.

Zum Zwecke der Illustration sind in Fig. 2 zwei strukturelle Platten oder Teile 18, 20 gezeigt, die Ubereinandergelegt sind und mittels eines Niets 10 zusammengepreßt werden.

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Wie bekannt, können die Strukturteile mit einer geeigneten" Öffnung versehen werden, um den Niet aufzunehmen.

Nachdem der Niet durch diese Strukturteile 18, 20 gedrückt wurde, wird der Schwanzteil 16 gehämmert oder auf andere Weise deformiert, um eine radial sich erstreckende Umbördelung 22 zu liefern, die zusammen mit dem Nietkopfteil 12 die Strukturteile zusammenhalt. Wie anfänglich schon angedeutet, ist der Schwanzteil aus einem Material zusammengesetzt, das unterschiedlich ist zu dem des Schaft- und Kopfteils. Der Grund für diese Birnetallö'sung liegt in der Notwendigkeit, ein Material für den Schwanzteil zu liefern, das deformiert werden kann, um so die radiale Umbördelung oder Flansch 22 zu bilden. Aus diesem Grunde braucht die axiale Entfernung des Schwanzteils nur ausreichend zu sein, um die Erfordernisse für die Bildung der Umbördelung zu befriedigen. Mit anderen Worten, gemäß der Erfindung ist im wesentlichen der gesamte Teil des Niets, der über das zweite Strukturteil 20 hinausreicht, in der Darstellung aus deformierbarem Material zusammengesetzt.

Der Niet 10 hat einen Kopfteil 12, der aus einem verhältnismäßig nicht deformierbaren Metallpuder-partikulat zusammenge-

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setzt ist, wie z.B. eine Titanlegierung. Die Zusätze enthalten Metallpudermaterialien, die hohe Dehnungsfestigkeit besitzen, wie z.B. Wolfram, Molybdän und Vanadium. Es wurde gefunden, daß eine Zusammensetzung von h % Vanadium, 6 % Aluminium, und mit dem Rest aus Titan (in Gewichtsprozenten) besonders wünschenswerte Eigenschaften aufweist. Puderpartikulate können vorlegiert oder in Elementform vorliegen. Die Zusammensetzung liefert ein Material, das verhältnismäßig leichtgewichtig ist und doch die Anforderung für Antideformierbarkeit befriedigt. Aus Gründen der Bequemlichkeit ist der Schaftteil lh aus dem gleichen Material, wie der Nietkopf 12, obwohl dieses Erfordernis nicht wesentlich ist.

_ Um einen Nietschwanzteil 16 zu liefern, der im Vergleich zu der Härte des Nietkopfes 12 deformierbar ist, ist der Schwanzteil aus einem Material zusammengesetzt, das kompatibel zu den Metallen ist, die die angrenzende Fläche bilden, um eine feste intermetallische Bindung zu erleichtern. Daher ist, für das besondere oben angegebene Beispiel, der Schwanzteil aus reinen, d.h. kommerziell reinen Titanpuderpartikeln zusammengesetzt. Die metallurgische Kompatibilität zwischen den

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Puderpartikeln des reinen Titans und der oben erwähnten auf Titan basierenden Legierung ist derartig, daß eine Diffusionszone in einem Legierungsstatus, bestehend aus gemischten Partikeln, von reinem Titan und der Titanlegierung leicht gebildet werden kann. Es ist in der Metallurgie bekannt, daß derartige Diffusionszonen zwischen kompatiblen Materialien eine Bindung bilden, die die Anforderungen für diese Art von Anwendungen befriedigen.

Im folgenden wird eine Beschreibung des Verfahrens zur Herstellung des Niets in Übereinstimmung mit der Erfindung gegeben. Der Fachmann wird jedoch bemerken, daß dieses Verfahren und diese Erfindung auch für Metallbefestiger, wie z.B. Bolzen, Schrauben oder dergleichen verwendet werden kann, die für einzigartige und nicht herkömmliche Anwendungen geeignet sind.

Der metallurgische Pudermetallprozess besteht aus dem Anordnen von Puderpartikulaten eines erstm Metalls in eine Öffnung einer Form. Als Alternative kann eine teilweise vorverdichtete Masse verwendet werden. Der Rest der Formöffnung wird dann mit Puderpartikeln eines zweiten Metalls gefüllt. Der Ausdruck "erstes"

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und '♦zweites" Metall wird hier verwendet, üis das Material, das für den Kopf- und Schaftteil verwendet wird, von dem Material, das für den Schwanzteil verwendet wird, zu unterscheiden.

Die Puder werden durch herkömmliche Verfahren auf ungefähr 85 % ihrer theoretischen Dichte verdichtet. Danach wird das verdichtete Material von der Form entfernt und in ein Vakuum oder in eine neutrale Umgehung gebracht und bei Temperaturen zwischen li95°C (2200⁰F) und 135O°C (240Ö°F) für ungefähr 2 bis 5 Stunden gesintert, wobei die Zeit von den vorgewählten Temperaturbedingungen abhängt. Das Teil wird dann gekühlt, während es noch unter der Schutzatmosphäre sich befindet. Danach wird das Teil, das nun die Form eines Niets iO besitzt, wiederum einer Wärmebehandlung von bis zu 1095⁰C (2000°F) ausgesetzt und in diesem erhitzten Zustand in eine Formöffnung gelegt, die eine Temperatur von ungefähr 260 bis 427°G (500 bis 800⁰F) besitzt. Ein geeignetes Werkzeug verdichtet dann das Teil zu im wesentlichen 100 % der theoretischen Dichte in die endgültige vorbestimmte Form. Bei den meisten Anwendungen wird der Niet nunmehr auf Raumtemperatur abgekühlt

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und kann in dieser Form verwendet werden, oder kann wiederum einer weiteren kommerziellen Hitzebehandlung ausgesetzt werden, die jedoch die Titanlegierungsverbindung nicht beeinflussen sollte.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf einen monolithischen Befestiger begrenzt, sondern findet ihre Anwendung auch in Befestigern mit zwei oder mehr Teilen, wie z.B. eine nietartige Hülse, die mittels einer Schraubenmutter radial ausdehnbar oder deformierbar ist.

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Claims

- iO -

Patentansprüche

Il.yMetallbefestiger für die Einführung in eine Öffnung, die

in zwei oder mehr übereinandergelegte, fest zu verklammernde strukturelle Teile gebildet ist, gekennzeichnet durch einen gleichmäßigen Körper von Pudermetall, der einen verhältnismäßig nicht deformierbaren lasttragenden Kopfteil, einen angrenzenden Schaftteil und einen verhältnismäßig deformierbaren Schwanzteil besitzt, wobei der Kopf und der Schaftteil aus gesinterten und verdichteten Puderpartikeln eines ersten Metalls bestehen, und der Schwanzteil aus gesinterten und verdichteten Puderpartikeln eines anderen zweiten Metalls bestehen, wobei die Fläche zwischen dem Schaft- und dem Schwanzteil eine Diffusionszone bildet, die aus gemischten Partikeln in einem Legierungszustand ^ des ersten und des zweiten Metalls besteht.
2. Metallbefestiger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Metall im wesentlichen aus kommerziell reinem Titan besteht«

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- ii ί.
3. Me tallbef estiger nach Anspruch 2 j dadurch gekennzeichnet;, daß das erste Metall im wesentlichen aus Titanpuderpartikeln und der Rest aus Aluminium und Vanadium besteht.
4. Metallbefestiger nach Anspruch 3 j dadurch gekennzeichnet, daß der Befestiger ein Niet ist.
5. Birnetallbefestiger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er die in der Zeichnung dargestellte Porin besitzt.

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