DE4419591A1 - Verfahren zur Herstellung eines plastisch geformten Produkts - Google Patents
Verfahren zur Herstellung eines plastisch geformten ProduktsInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von plastisch
geformten Produkten.
Wie in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 2-182806 (182806/1990)
offenbart ist, ist es allgemein bekannt, ein stabartiges stranggepreßtes Materi
al durch Bearbeiten und Strangpressen metallischer Teilchen zu bilden. Das
stranggepreßte Material wird danach durch plastisches Bearbeiten, wie
Schmieden oder ähnliches, zu Produkten geformt.
Da das stabförmige stranggepreßte Material kaum die Scherspannung in der
Strangpreßrichtung an seinem radialen inneren Teil aufnimmt, zeigt der Teil
schlechte Zusammenhangseigenschaften und reißt daher leicht, wenn das
Material bearbeitet wird, z. B. durch Schmieden.
Zum Beispiel werden gemäß dem herkömmlichen Strangpreßverfahren, wie es
in dem oben genannten Stand der Technik Nr. 2-182806 offenbart ist, im
allgemeinen metallische Teilchen gepreßt und erwärmt, bevor sie strangge
preßt werden. Genauer werden die metallischen Teilchen einer Sinterbehand
lung unterzogen, die einen Kompaktierungsbehandlungsschritt R1 und einen
Druck-Hitze-Behandlungsschritt R2, wie in Fig. 1(c) (Schritte R1-R6) gezeigt,
umfaßt, oder es wird eine Warmpreßbehandlung, die einen Druck-Wärme-
Behandlungsschritt S2, wie in Fig. 1(d) (Schritte S1-S6) umfaßt, an den in
eine Büchse gefüllten metallischen Teilchen ausgeführt.
Im allgemeinen sollte jedoch die obige Sinter- oder Warmpreßbehandlung an
jeder benötigten Quantität von metallischen Teilchen für einen Strangpreß
schritt durchgeführt werden (schubweise Bearbeitung). Daher wird die Pro
duktivität nachteilig erniedrigt. In dem Fall, in dem ein Material mit einem
niedrigen Wert, wie Späne oder Schnittabfälle, als die metallischen Teilchen
verwendet wird, führt die Sinter- oder Warmpreßbehandlung zu einem großen
Anstieg der Herstellungskosten.
Darüber hinaus wird, wenn die metallischen Teilchen vor dem Strangpressen
gesintert werden, die Struktur der metallischen Teilchen nachteilig so ge
ändert, daß sie rauh und groß werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Herstel
lung von plastisch geformten Produkten bereitzustellen, mit dem die Ent
stehung von Rissen zur Zeit der plastischen Bearbeitung verhindert werden
kann, die Produktivität erhöht werden kann und die metallischen Teilchen
daran gehindert werden können, groß und rauh zu werden.
Zur Lösung der vorgenannten Aufgabe werden gemäß einem Verfahren zur
Herstellung von plastisch geformten Produkten in einem ersten Aspekt der
vorliegenden Erfindung metallische Teilchen stranggepreßt, um dadurch ein
stranggepreßtes Material zu bilden, das dann plastisch geformt wird. Das
Herstellungsverfahren ist gekennzeichnet durch eine Diffusionsbehandlung
des Metalls des stranggepreßten Materials, die zwischen dem Strangpressen
und dem plastischen Bearbeiten der metallischen Teilchen ausgeführt wird.
Ein Verfahren zur Herstellung von plastisch geformten Produkten gemäß
einem zweiten Aspekt der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die
metallischen Teilchen gepreßt und vakuumentlüftet werden, bevor sie in dem
Herstellungsverfahren des obigen ersten Aspekts stranggepreßt werden.
In einem Verfahren zur Herstellung von plastisch geformten Produkten eines
dritten Aspekts der Erfindung, werden, vor dem Strangpressen der metalli
schen Teilchen gemäß dem Verfahren des zweiten Aspekts, die metallischen
Teilchen nicht durch die Druck-Wärme-Behandlung behandelt.
In einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung sind die metallischen
Teilchen in dem Herstellungsverfahren eines des ersten bis dritten Aspekts
der Erfindung Späne einer Magnesiumlegierung.
Ein fünfter Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt ein Verfahren zur Her
stellung von plastisch geformten Produkten bereit, das dadurch gekennzeich
net ist, daß die Diffusionsbehandlung in dem Herstellungsverfahren des
vierten Aspekts der Erfindung für 4-16 Stunden in dem Temperaturbereich
von 300±50°C ausgeführt wird.
Gemäß einem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Methode
zur Herstellung von plastisch geformten Produkten bereitgestellt, die dadurch
gekennzeichnet ist, daß die Diffusionsbehandlung auch als eine Lösungs
behandlung in dem Herstellungsverfahren in einem des ersten bis vierten
Aspekts der Erfindung wirkt.
In einem siebten Aspekt der vorliegenden Erfindung werden metallische
Teilchen mit einem geringen Strangpreßverhältnis stranggepreßt, um ein
stranggepreßtes Material zu bilden; das stranggepreßte Material wird wieder
stranggepreßt, nachdem es der Diffusionsbehandlung gemäß dem Herstel
lungsverfahren des fünften oder sechsten Aspekts der Erfindung unterzogen
wurde.
Ein achter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung
plastisch geformter Produkte, das gekennzeichnet ist durch eine Lösungs
behandlung mit einem Diffusionseffekt, an Stelle der Diffusionsbehandlung in
dem Herstellungsverfahren eines des ersten bis vierten Aspekts.
Diese und andere Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden
aus der folgenden Beschreibung zusammen mit den bevorzugten Ausfüh
rungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die angefügten Zeichnun
gen klar werden. In den Zeichnungen sind gleiche Teile durchgängig mit
gleichen Bezugsziffern bezeichnet. In den Zeichnungen sind:
Fig. 1(a) und (b) Diagramme zur Erläuterung von Verfahrensschritten bei
einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Fig. 1(c) und 1(d) Diagramme zur Erläuterung von Verfahrensschritten bei
einem herkömmlichen Verfahren,
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht der äußeren Erscheinung eines strangge
preßten Materials bei der ersten Ausführungsform,
Fig. 3 eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines Schmiedens,
Fig. 4 eine perspektivische Darstellung eines geformten Gegenstands, der
sich aus dem Schmieden des stranggepreßten Materials bei der ersten Aus
führungsform ergibt,
Fig. 5 eine Ansicht eines Aufrisses eines Teststücks bei der ersten Aus
führungsform der vorliegenden Erfindung,
Fig. 6 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Stauchversuchs an
dem Teststück,
Fig. 7 eine schematische Darstellung, die den Arbeitszustand von Fig. 6
zeigt,
Fig. 8 ein Diagramm des Ergebnisses des Stauchversuchs bei der ersten
Ausführungsform,
Fig. 9 eine Teilschnittdarstellung des stranggepreßten Materials vor einer
Wärmebehandlung,
Fig. 10 eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer Kompaktie
rungsbehandlung,
Fig. 11 eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines Schritts, bei
dem eine Büchse geschlossen wird und eine Vakuum-Warmpreßbehandlung
durchgeführt wird,
Fig. 12 eine schematische Darstellung eines Strangpreßbehandlungsschritts,
der auf den Schritt von Fig. 11 folgt,
Fig. 13 eine schematische Darstellung eines in Fig. 12 erhaltenen strang
gepreßten Materials,
Fig. 14 eine schematische Darstellung eines anderen Kompaktierungsbe
handlungsschritts,
Fig. 15 eine schematische Darstellung eines Strangpreßbehandlungsschritts,
der auf den Kompaktierungsbehandlungsschritt von Fig. 14 folgt,
Fig. 16 eine schematische Darstellung eines in Fig. 15 erhaltenen Strang
gepreßten Materials,
Fig. 17 ein Diagramm, das die ausgewerteten Ergebnisse der Stauchbarkeit
jedes Teststücks bei einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfin
dung zeigt,
Fig. 18 eine Aufnahme von einem Rasterelektronenmikroskop, die die metal
lische Struktur einer Bruchfläche eines Teststücks B nach dem Stauchversuch
zeigt, das eine Vakuumentlüftungsbehandlung durchlaufen hat,
Fig. 19 eine Aufnahme von einem Rasterelektronenmikroskop, die die metal
lische Struktur einer Bruchfläche eines Teststücks A nach dem Stauchversuch
des Teststücks A zeigt, das der Vakuumentlüftungsbehandlung und einer
Wärmebehandlung unterzogen worden ist,
Fig. 20 ein Diagramm, das die Stauchgrenze des Teststücks A zeigt, wenn
die Bedingung für die Wärmebehandlung geändert wird, und
Fig. 21 ein Diagramm des ausgewerteten Ergebnisses der Stauchbarkeit
gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfin
dung erörtert.
Die Fig. 1 bis 8 zeigen eine erste Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung. Es ist jedoch hier zu bemerken, daß die Fig. 1(c) und 1(d)
herkömmliche Verfahren zeigen, die nicht die Schritte der unten zu beschrei
benden ersten Ausführungsform darstellen.
Wie in Fig. 1(a) (Schritte P1-P6) gezeigt ist, ist die erste Ausführungsform
im wesentlichen durch Schritte P1-P3 gekennzeichnet. Genauer durchlaufen
metallische Teilchen eine Kompaktierungsbehandlung (Schritt P1) und eine
Vakuumentlüftungsbehandlung (Schritt P2) und werden dann stranggepreßt
(Schritt P3). Das heißt, daß eine Druck-Wärme-Behandlung an den metalli
schen Teilchen nicht durchgeführt wird vor dem Strangpressen der metalli
schen Teilchen. Daher wird jeder Schritt vor dem Strangpressen der Teilchen
vereinfacht (bei Raumtemperaturen möglich gemacht), und die Herstellungs
kosten von Schmiedeprodukten werden verringert. Darüber hinaus wird
vermieden, daß die metallischen Teilchen groß und rauh sind.
Bezugnehmend auf Fig. 1(a) kann eine Wärmebehandlung (Schritt P6), die
auf eine Schmiedebehandlung (Schritt P5) folgt, sowohl eine Lösungsbehand
lung als auch eine Behandlung zur künstlichen Alterung, oder eine dieser
Behandlungen umfassen.
Weiter ist die erste Ausführungsform des Herstellungsverfahrens gekenn
zeichnet durch eine Diffusionsbehandlung (Schritt P4) zwischen der Strang
preßbehandlung (Schritt P3) und der Schmiedebehandlung (Schritt P5). Daher
wird, obwohl die Druck-Wärme-Behandlung nicht vor dem Strangpressen der
metallischen Teilchen durchgeführt wird, der Zusammenhang der metallischen
Teilchen in dem stranggepreßten Material vergrößert, so daß die Güte des
stranggepreßten Materials als ein Material zum Schmieden verbessert wird.
Selbst wenn die Druck-Wärme-Behandlung vor der Strangpreßbehandlung wie
bei dem herkömmlichen Beispiel (bezugnehmend auf die Fig. 1(c) und
1(d)) durchgeführt wird, so ist selbstverständlich eine Diffusionsbehandlung
an dem stranggepreßten Material nach der Strangpreßbehandlung wirkungs
voll, die Zusammenhangseigenschaften der metallischen Teilchen zu steigern.
Daher kann die Diffusionsbehandlung durchgeführt werden, nachdem die
metallischen Teilchen die Strangpreßbehandlung bei dem herkömmlichen
Herstellungsverfahren durchlaufen.
Wie in Fig. 1(b) (Schritte Q1-Q6) gezeigt ist, kann eine Lösungsbehandlung
mit einer Diffusionswirkung (Schritt Q4) an Stelle der oben beschriebenen
Diffusionsbehandlung (Schritt P4) durchgeführt werden. In diesem ähnlichen
Fall nehmen die metallischen Teilchen in dem stranggepreßten Material hohe
Zusammenhangseigenschaften an. Natürlich ist eine weitere Lösungsbehand
lung nach der Schmiedebehandlung (Schritt Q5) nicht nötig.
Genauer wird bei der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die
Strangpreßbehandlung (Schritt P3) wie in Fig. 1(a) gezeigt ausgeführt, um
das stranggepreßte Material zum Schmieden (eine Art von plastischer Be
arbeitung) zu bereiten.
Die Strangpreßbehandlung (Schritt P3) wird bei der ersten Ausführungsform
an einem grünen (ungesinterten) Preßling von metallischen Teilchen durch
geführt.
Die metallischen Teilchen sind Späne einer Magnesiumlegierung oder ähn
lichem. Späne einer Mg-Legierung einer Al-Zn-Mn-Reihe (zum Beispiel Al: 2,5-12
Gewichts-%, Zn: 3,0 Gewichts-% oder weniger, Mn: 1,5 Gewichts-% oder
weniger, Mg: übrige Gewichts-%) sind besonders geeignet, wegen ihrer guten
grundlegenden mechanischen Eigenschaften (Zugfestigkeit usw.).
Der oben genannte grüne Preßling wird durch eine bekannte Kompaktierungs
behandlung erhalten. Zum Beispiel werden metallische Teilchen, die in einen
Behälter zum Kompaktieren gefüllt sind, mit 78 MPa oder einem höheren
Druck bei 350°C gepreßt, wodurch ein grüner Preßling gebildet wird.
Die Strangpreßbehandlung (Schritt P3) selbst ist eine in herkömmlicher Weise
durchgeführte. Zum Beispiel wird, während eine Matrize mit einer Öffnung auf
den bei der obigen Kompaktierungsbehandlung erhaltenen grünen Preßling
gesetzt ist, der grüne Preßling in einem Strangpreßbehälter aus der Öffnung
der Matrize mit Hilfe eines Strangpreßstempels bei 350°C stranggepreßt, mit
dem Strangpreßverhältnis nicht kleiner als 12. Als Ergebnis wird ein rundes,
stabartiges stranggepreßtes Material 1, wie es in Fig. 2 gezeigt ist, herge
stellt.
Anschließend wird die Diffusionsbehandlung P4 an dem stranggepreßten
Material durchgeführt, wie es in Fig. 1(a) gezeigt ist.
Obwohl das stranggepreßte Material 1 die Scherspannung in der Strang
preßrichtung während der Strangpreßbehandlung aufnimmt, wird auf das
Material durch die Scherspannung an dessen inneren Teil in der radialen
Richtung kaum eingewirkt; die metallischen Teilchen hängen schlecht mitein
ander zusammen. Die Diffusionsbehandlung (Schritt P4) als solche wird
durchgeführt, um den Zusammenhang der metallischen Teilchen durch die
Selbstdiffusion von Atomen von Magnesium oder ähnlichem zu verbessern.
Da die Diffusionsbehandlung (Schritt P4) gemäß der ersten Ausführungsform
auch als eine Lösungsbehandlung wirkt, werden die Bedingungen für die
Diffusionsbehandlung bestimmt, indem die Lösungsbehandlung (insbesondere
Temperaturen der Behandlung) berücksichtigt wird. Konkret wird bei der
Diffusionsbehandlung das stranggepreßte Material bei 350-420°C für zwei
oder mehr Stunden gehalten und danach durch Luft gekühlt. Die Bedingung
von 400°C und sechs Stunden ist besonders bevorzugt.
Das runde, stabartige stranggepreßte Material 1, das die Diffusionsbehand
lung (Schritt P4) abschließt, wird dann zur Schmiedebehandlung (Schritt P5)
geschickt.
Die Schmiedebehandlung besteht aus Vorformen und Fertigschmieden. Das
Vorformen wird, wie in Fig. 3 gezeigt ist, mit einer oberen Form 2 zum
Vorformen und einer unteren Form 3 zum Vorformen ausgeführt. Inzwischen
werden eine obere Form zum Fertigschmieden und eine untere Form zum
Fertigschmieden (nicht gezeigt) zum Fertigschmieden verwendet. Durch die
Schmiedebehandlung (Schritt P5) wird das stranggepreßte Material 1 zu
einem Produkt mit einem Produktteil 4 (einem Hängearm bei der ersten
Ausführungsform) und einem Überflußteil 5 geformt, wie in Fig. 4 gezeigt
ist. Der Überflußteil 5 wird danach durch Putzen entfernt, so daß ein Schmie
deprodukt (Produktteil 4) übrig bleibt.
In diesem Fall wird der innere Teil des stranggepreßten Material 1 in der
Radialrichtung der Produktteil 4. Infolge der Diffusionsbehandlung (Schritt
P4), die der Schmiedebehandlung (Schritt P5) vorausgeht, wird der Zusam
menhang der metallischen Teilchen stark verbessert. Daher entwickelt der
Produktteil 4 keine Risse.
Dann wird das Schmiedeprodukt in dem Wärmebehandlungsschritt (Schritt
P6) bearbeitet (bei der Ausführungsform wird nur die Behandlung zur künst
lichen Alterung durchgeführt). Die Behandlung zur künstlichen Alterung
(Schritt P6) ist bekanntlich dazu gedacht, das Schmiedeprodukt zu stabili
sieren, das heißt, daß bei ihr das Schmiedeprodukt bei 175-220°C für 4-16
Stunden gehalten wird und danach durch Luft gekühlt wird.
Die metallischen Teilchen werden durch die oben beschriebenen Schritte P1-P6
zu einem Produkt hoher Festigkeit ohne Risse gereift. Von dem Vergleich
der vorliegenden Ausführungsform mit dem in den Fig. 1(c) und 1(d)
gezeigten herkömmlichen Verfahren ist klar, daß das Produkt ohne Erhöhung
der Zahl der Verfahrensschritte realisiert wird.
Der Stauchversuch wurde durchgeführt, um den Erfolg der Erfindung zu
verifizieren, und zwar mit Hilfe von kreiszylindrischen, wie in Fig. 5 gezeig
ten Teststücken 6 gemäß der ersten Ausführungsform und Vergleichsbei
spielen.
Das stranggepreßte Material wird gemäß dem Verfahren von Fig. 1(b)
bearbeitet, einschließlich des Schritts der Lösungsbehandlung mit
Diffusionswirkung.
- (i) Metallische Teilchen zum Bilden des stranggepreßten Materials: Späne aus Mg-Legierung (AZ80).
- (ii) Bedingung für die Strangpreßbehandlung: Strangpreß verhältnis 12 oder größer bei 350°C.
- (iii) Bedingung für die Diffusionsbehandlung: Kühlung durch Luft nach Belassen bei 400°C für sechs Stunden.
- (iv) Zwei Arten von Teststücken werden bereitet. Ein erstes Teststück wird von dem mittigen Teil des stranggepreß ten Materials in der radialen Richtung erhalten, wohinge gen ein zweites Teststück von dem äußeren Umfangsteil außerhalb des mittigen Teils in der radialen Richtung des stranggepreßten Materials erhalten wird.
- (v) Form: Kreiszylinder mit 24 cm Länge in der axialen Rich tung und 16 cm Durchmesser.
Das stranggepreßte Material wird nicht der Diffusionsbehandlung unterzogen,
jedoch werden all die anderen Behandlungen ähnlich der ersten Ausführungs
form durchgeführt.
(1) Während die Belastung, wie in Fig. 6 gezeigt ist, von oben und unten an
jedes Teststück 6 angelegt wird, wird der Abstand H gemessen, wenn das
Teststück 6 zu reißen beginnt, wie in Fig. 7 gezeigt ist. Bezugsziffer 7 in
Fig. 6 bezeichnet eine Heizvorrichtung. Das kritische Stauchverhältnis S des
Teststücks wird aus dem Abstand H gemäß dem folgenden Ausdruck berech
net:
S ={(L-H)/L}×100(%).
In dem obigen Ausdruck bezeichnet L die ursprüngliche Länge (24 cm) des
Teststücks in der axialen Richtung.
(2) Stauchtemperatur: 300°C.
(2) Stauchtemperatur: 300°C.
Das Ergebnis der obigen Versuche ist in dem Diagramm von Fig. 8 gezeigt.
Wie man von Fig. 8 versteht, zeigen die ersten und zweiten Teststücke der
ersten Ausführungsform größere kritische Stauchverhältnisse S als die der
Vergleichsbeispiele, das heißt, daß die Teststücke gemäß der ersten Aus
führungsform den Vergleichsbeispielen überlegen sind, was die Zusammen
hangseigenschaften der metallischen Teilchen betrifft.
Insbesondere ist es bemerkenswert, daß das kritische Stauchverhältnis S des
ersten Teststücks der ersten Ausführungsform so stark verbessert ist und auf
den gleichen Wert wie das des zweiten Teststücks des Vergleichsbeispiels
angehoben ist.
Eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in den Fig. 9-20
dargestellt.
Wenn die metallischen Teilchen Späne, insbesondere Späne aus Mg (Mg-
Legierung) sind, kann es sein, daß das stranggepreßte Material nicht genug
Stauchbarkeit als Material zum Schmieden aufweist, selbst wenn der Preßling
(grüne Preßling) aus Spänen stranggepreßt wird. Die zweite Ausführungsform
wurde für diese Umstände erfunden.
Mg-Späne werden in nadelartige kleine Stücke durch die Scherbearbeitung
geformt. Nach der Strangpreßbehandlung des Preßlings aus Mg-Spänen weist
das stranggepreßte Material 1 die nadelartigen kleinen Stücke 10 in der
Strangpreßrichtung orientiert auf, wie klar in Fig. 9 gezeigt ist. Daher ist die
Grenzfläche brüchig (schlecht zusammenhängend) und leicht abzublättern.
Um den obigen schlechten Zusammenhang der in der Strangpreßrichtung
orientierten kleinen Stücke 10 zu verbessern, durchläuft gemäß der zweiten
Ausführungsform das stranggepreßte Material 1 die Wärmebehandlung in
dem Temperaturbereich, der nicht die strukturelle Veränderung hervorruft,
vorzugsweise 300±50°C (für 4-16 Stunden), was zur Diffusion an der
Oberfläche der kleinen Stücke 10 führt und den Zusammenhang verbessert.
Der Erfolg der obigen Behandlung wurde verifiziert durch den Stauchversuch
von Teststücken, die gemäß den Bedingungen der unten stehenden Tabelle 1
hergestellt wurden.
In der obigen Tabelle 1 bedeutet der Ausdruck "vorhanden" bei der Vaku
umentlüftungsbehandlung, daß die Vakuumentlüftungsbehandlung in den
Schmiedeschritt des stranggepreßten Materials integriert ist. Genau wird das
stranggepreßte Material in der folgenden Weise hergestellt.
Zunächst werden, wie in Fig. 10 gezeigt ist, Mg-Späne 12 in eine Alumini
umbüchse 11 in einem Behälter 15-1 gefüllt, durch einen Stempel 16 mit
300 MPa Druck bei Raumtemperaturen gepreßt, wodurch ein grüner Preßling
13 gebildet wird (Kompaktierungsbehandlung).
In diesem Fall werden Späne, die bei der Drehmaschinenbearbeitung von
AZ80 gemäß ASTM erhalten werden und in der unten stehenden Tabelle 2
gezeigt sind, für die Mg-Späne 12 verwendet.
Danach wird, wie in Fig. 11 gezeigt ist, die Aluminiumbüchse 11 mit einem
Aluminiumdeckel 18 durch ein Preßglied 17 oder ähnliches dicht verschlossen
und ein Vakuum bis 1×10-1 Pa bei Raumtemperaturen herausgezogen (hermeti
sche Abdichtung der Büchse).
Dann wird, wie in Fig. 12 gezeigt ist, eine Matrize 110 mit einer Öffnung 19
auf die abgedichtete Aluminiumbüchse in einem Strangpreßbehälter 15-2
aufgesetzt. Der grüne Preßling 13 in der Aluminiumbüchse 11 wird zusam
men mit der Aluminiumbüchse 11 aus der Öffnung 19 durch einen Strang
preßstempel 111 stranggepreßt (Strangpreßbehandlung), und zwar bei
350°C mit einem Strangpreßverhältnis von 8. Als Ergebnis erhält man das runde,
stabartige stranggepreßte Material 1 von Fig. 13. Ein mit Bezugsziffer 113
bezeichneter Teil des stranggepreßten Materials 1 in Fig. 13 wird aus der
Aluminiumbüchse 11 gebildet, und ein Teil mit der Bezugsziffer 114 wird aus
dem grünen Preßling 13 gebildet.
Inzwischen bezeichnet der Ausdruck "nicht vorhanden" in Tabelle 1, daß die
Vakuumentlüftungsbehandlung nicht bei dem Herstellungsverfahren des
stranggepreßten Materials durchgeführt wird.
In einem Beispiel des Herstellungsverfahrens ohne die Vakuumentlüftungs
behandlung ist eine derartige Kompaktierungsbehandlung eingeschlossen, wie
in Fig. 14 gezeigt ist, bei der der grüne Preßling 13 gebildet wird durch
Pressen von in den Behälter 15-1 gegebenen Mg-Spänen 12 durch den
Stempel 16 mit einem Druck von 300 MPa bei Raumtemperaturen.
Auch in dem Beispiel von Fig. 14 werden Späne, die bei der Drehmaschi
nenbearbeitung von AZ80 gemäß ASTM gesammelt werden, als Mg-Späne
12 verwendet, ähnlich dem früher beschriebenen Herstellungsverfahren des
stranggepreßten Materials.
Anschließend wird, wie in Fig. 15 gezeigt ist, die Matrize 110 mit der
Öffnung 19 auf den grünen Preßling 13 in dem Strangpreßbehälter 15-2
aufgesetzt, um den grünen Preßling 13 durch die Öffnung 19 bei 350°C mit
einem Strangpreßverhältnis von 8 durch den Strangpreßstempel 111 strang
zupressen (Strangpreßbehandlung). Das runde, stabartige stranggepreßte
Material 1, wie es in Fig. 16 gezeigt wird, wird so erhalten.
In den Fig. 14 und 15 bezeichnet die Bezugsziffer 115 eine Heizvorrich
tung.
"Vorhanden" bei der Wärmebehandlung in Tabelle 1 steht für die Tatsache,
daß das stranggepreßte Material 1 der Wärmebehandlung unterzogen wird,
und zwar bei 300°C für 8 Stunden bei den hier vorliegenden Versuchen.
Andererseits zeigt "nicht vorhanden" in Tabelle 1 an, daß das stranggepreßte
Material 1 nicht wärmebehandelt wird.
Als Teststücke werden kreiszylindrische Teststücke mit 9,2 mm Durchmesser
und 13,8 mm Länge unter den Bedingungen gemäß Tabelle 1 ausgewählt.
Bei dem Stauchversuch wird der Abstand H, wenn jedes Teststück zu reißen
beginnt, gemessen, während die Auswertungstemperatur (Stauchtemperatur)
geändert wird, wie in Fig. 17 gezeigt ist. Die Stauchgrenze In(L/H) wird aus
dem Abstand H und der ursprünglichen axialen Länge L des Teststücks
berechnet.
Das Ergebnis des Stauchversuchs ist in Fig. 17 gezeigt. Durch Vergleichen
des Teststücks D mit den Teststücken A, B und C stellt man fest, daß die
Wärmebehandlung recht wirkungsvoll ist, um die Stauchbarkeit zu erhöhen.
Bruchflächen der Teststücke werden nun betrachtet, um die vorgenannten
Tatsachen weiter zu untersuchen.
Fig. 18 ist eine Aufnahme (REM) einer Bruchfläche des Teststücks B nach
dem Stauchversuch, die durch ein Rasterelektronenmikroskop erhalten wird.
Das Teststück B durchmacht die Vakuumentlüftungsbehandlung. Fig. 19 ist
eine Rasterelektronenmikroskop-Aufnahme (REM) einer Bruchfläche des
Teststücks A nach dem Stauchversuch. Das Teststück A wird sowohl durch
die Vakuumentlüftungsbehandlung als auch durch die Wärmebehandlung
behandelt. Eine sichtbare Länge von 8 mm entspricht bei beiden Aufnahmen
100 µm.
Die nadelartigen kleinen Stücke der Späne scheinen durch die Scherbearbei
tung gekoppelt und gebunden zu sein. Obwohl die kleinen Stücke durch die
Strangpreßbehandlung in der Strangpreßrichtung orientiert sind, sind die
kleinen Stücke an der Grenzfläche bei dem Teststück B (Fig. 18) gesondert,
wohingegen bei dem Teststück A (Fig. 19) kein Abblättern von kleinen
Stücken an der Grenzfläche beobachtet wird. Daher wird angenommen, daß
der Grund, warum das Teststück A eine bessere Stauchbarkeit zeigt, in der
Verbesserung der Zusammenhangseigenschaften an der Grenzfläche von
Spänen als Ergebnis der Diffusion des Metalls liegt.
Das Teststück A wurde außerdem unter verschiedenen Bedingungen der
Wärmebehandlung getestet.
Das Ergebnis ist in Fig. 20 gezeigt. In Vergleich mit einem Stranggußmaterial
(gekennzeichnet durch eine gebrochene Linie in Fig. 20, das durch die
Wärmebehandlung bei 300°C für 8 Stunden bearbeitet wird), wurde gefun
den, daß die wirksame Bedingung für die Wärmebehandlung zur Verbesserung
des Zusammenhangs 300°C±50°C für 4-16 Stunden beträgt.
Die Stauchgrenze in Fig. 20 wird auf die gleiche Weise wie in Fig. 17
erhalten.
Fig. 21 stellt eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
Obwohl die Mg-Späne des stranggepreßten Materials besser miteinander
zusammenhängen, wenn das Strangpreßverhältnis größer wird, nimmt die
Anisotropie unerwünscht zu, was das Strangpreßmaterial so verändert, daß
es nicht als ein Material zum Schmieden geeignet sein kann.
Daher wird bei der dritten Ausführungsform die Strangpreßbehandlung wie
derholt durchgeführt, z. B. über die Wärmebehandlung mit dem Strangpreß
verhältnis nicht größer als 10, wodurch ein Material mit hoher Stauchbarkeit
fertiggestellt wird.
Die erste Strangpreßbehandlung kann entweder nach der Vakuumentlüf
tungsbehandlung oder ohne die Vakuumsentlüftungsbehandlung durchgeführt
werden, ähnlich der vorangehenden zweiten Ausführungsform. Gleichzeitig
kann die Wärmebehandlung innerhalb des gleichen Bereichs wie bei der
zweiten Ausführungsform gehalten werden. Die Strangpreßbehandlung nach
der Wärmebehandlung wird bei 200-420°C ausgeführt.
Der Erfolg wurde durch den Stauchversuch nachgewiesen.
Die Versuchsbedingungen sind wie folgt:
- (1) AZ80 von ASTM wird als Mg-Späne verwendet.
- (2) Bedingung für die erste Strangpreßbehandlung: Die erste Strangpreßbehandlung wird für zwei Arten von Material durch geführt, d. h. eine Art, die die Vakuumentlüftungsbehandlung durchmacht, und die andere Art, die die Vakuumbehandlung nicht durchläuft, wie bei der zweiten Ausführungsform und unter der gleichen Bedingung wie bei der zweiten Ausführungs form mit einem Strangpreßverhältnis von 8.
- (3) Bedingung für die Wärmebehandlung: Bei 300°C für acht Stun den.
- (4) Bedingung für die auf die Wärmebehandlung folgende Strang preßbehandlung: Bei 350°C mit einem Strangpreßverhältnis von 8.
Fig. 21 zeigt das Ergebnis des Stauchversuchs. Es ist klar von Fig. 21,
daß, gleich ob die Vakuumentlüftungsbehandlung vor der ersten Strangpreß
behandlung vorhanden ist oder nicht, die zweimalige Strangpreßbehandlung
die Stauchgrenze anhebt, und daß es zur Erhöhung der Stauchbarkeit wir
kungsvoll ist, die Strangpreßbehandlungen mit dem niedrigen Strangpreß
verhältnis zu wiederholen.
Die Stauchgrenze in Fig. 21 wird auf die gleiche Weise festgestellt wie im
Fall der Fig. 17.
Wie oben vollständig beschrieben wurde, wird gemäß dem ersten Aspekt der
vorliegenden Erfindung die Diffusionsbehandlung an dem stranggepreßten
Material zwischen der Strangpreßbehandlung und der plastischen Bearbeitung
durchgeführt. Die Bindekraft der metallischen Teilchen des stranggepreßten
Materials wird erhöht wegen der Diffusionsbehandlung, wodurch die Zu
sammenhangseigenschaften der metallischen Teilchen als Ganzes verbessert
werden, einschließlich des inneren Teils in der radialen Richtung des strang
gepreßten Materials. Daher wird, da die plastische Bearbeitung an dem
stranggepreßten Material mit den verbesserten Zusammenhangseigenschaften
ausgeführt wird, die Entstehung von Rissen verhindert, die verursacht wür
den, wenn die Zusammenhangseigenschaften der metallischen Teilchen des
stranggepreßten Materials schlechter wären.
Gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird im wesentlichen
die gleiche Wirkung und der gleiche Effekt wie bei dem ersten Aspekt der
Erfindung erzielt. Darüberhinaus wird, da die metallischen Teilchen durch die
Strangpreßbehandlung nach der Kompaktierungsbehandlung und Vakuum
entlüftungsbehandlung bearbeitet werden, jede Behandlung vor dem Strang
preßvorgang vereinfacht, was die Herstellungskosten verringert. Gleichzeitig
wird verhindert, daß die metallischen Teilchen groß und rauh werden.
Die gleiche Wirkung und der gleiche Effekt wie bei dem zweiten Aspekt der
Erfindung werden im wesentlichen gemäß dem dritten Aspekt der vorliegen
den Erfindung erzielt. Da die Druck-Wärme-Behandlung für die metallischen
Teilchen vor der Strangpreßbehandlung weggelassen wird, kann jeder Schritt
vor der Strangpreßbehandlung bei gewöhnlichen Temperaturen durchgeführt
werden, was somit den Schritt vereinfacht. Daneben wird weiter wirksam
verhindert, daß die metallischen Teilchen groß und rauh werden.
Gemäß dem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung werden, obwohl die
gleiche Wirkung und der gleiche Effekt wie bei jedem des ersten bis dritten
Aspekts der Erfindung erzielt werden, die Zusammenhangseigenschaften der
metallischen Teilchen weiter merklich verbessert, da die metallischen Teilchen
Späne aus Mg-Legierung sind.
Bei dem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung werden im wesentlichen
die gleiche Wirkung und der gleiche Effekt wie bei dem obigen vierten Aspekt
der Erfindung erfüllt. Gleichzeitig wird, da die Diffusionsbehandlung für 4-16
Stunden in dem Temperaturbereich von 300°C±50°C durchgeführt wird, der
Verbesserungseffekt der Zusammenhangseigenschaften der metallischen
Teilchen merklich erhöht.
Gemäß dem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die gleiche
Wirkung und der gleiche Effekt wie bei einem des ersten bis vierten Aspekts
der Erfindung sichergestellt. Da die Diffusionsbehandlung auch als Lösungs
behandlung wirkt, wird die Anzahl von Schritten als Ganzes verringert, selbst
wenn die Lösungsbehandlung erforderlich ist, was zur Verringerung der
Herstellungskosten beiträgt.
Gemäß dem siebten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die gleiche
Wirkung und der gleiche Effekt wie bei dem fünften oder sechsten Aspekt der
Erfindung erzielt. Weiter wird, da das stranggepreßte Material zweimal der
Strangpreßbehandlung über die Diffusionsbehandlung unterzogen wird, die
Anisotropie des stranggepreßten Materials verringert, so daß die Stauch
barkeit vergrößert wird.
Gemäß dem achten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die gleiche
Wirkung und der gleiche Effekt wie bei einem des ersten bis vierten Aspekts
der Erfindung realisiert. Da die Lösungsbehandlung mit einer Diffusionswir
kung an Stelle der Diffusionsbehandlung durchgeführt wird, werden die
Anzahl der Verarbeitungsschritte verringert, während die Zusammenhangs
eigenschaften des stranggepreßten Materials verbessert werden, und die
Herstellungskosten verringert.
Claims (8)
1. Verfahren zur Herstellung eines plastisch geformten Produkts, umfas
send die Schritte
eines Strangpressens metallischer Teilchen (12), um dadurch ein stranggepreßtes Material (1) zu bilden, und
eines plastischen Bearbeitens des stranggepreßten Materials (1), dadurch gekennzeichnet, daß ein Diffusionsbehandlungsschritt (P4) an dem stranggepreßten Material (1) zwischen dem Strangpreßschritt (F3) und dem Schritt der plastischen Bearbeitung (P5) durchgeführt wird.
eines Strangpressens metallischer Teilchen (12), um dadurch ein stranggepreßtes Material (1) zu bilden, und
eines plastischen Bearbeitens des stranggepreßten Materials (1), dadurch gekennzeichnet, daß ein Diffusionsbehandlungsschritt (P4) an dem stranggepreßten Material (1) zwischen dem Strangpreßschritt (F3) und dem Schritt der plastischen Bearbeitung (P5) durchgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die metallischen Teilchen (12)
stranggepreßt werden, nachdem sie einem Kompaktierungsbehand
lungsschritt (P1, Q1) und einem Vakuumentlüftungsbehandlungsschritt
(P2, Q2) unterzogen werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem keine Druck-Wärmebehandlung
an den metallischen Teilchen (12) vor dem Strangpreßschritt (P3)
ausgeführt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die metallischen
Teilchen (12) Späne aus Magnesiumlegierung sind.
5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem der Diffusionsbehandlungsschritt
(P4) in dem Temperaturbereich von 300±50°C für 4-16 Stunden
ausgeführt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Diffusions
behandlungsschritt (P4) auch als eine Lösungsbehandlung wirkt.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, bei dem, nachdem metallische
Teilchen (12) mit einem geringen Strangpreßverhältnis stranggepreßt
sind, um dadurch ein stranggepreßtes Material (1) zu bilden, das
stranggepreßte Material (1) den Diffusionsbehandlungsschritt (P4)
durchläuft und wieder stranggepreßt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch
einen Lösungsbehandlungsschritt (Q4) mit einer Diffusionswirkung an
Stelle des Diffusionsbehandlungsschritts (P4).
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