EP0928653A1 - Verfahren zum Herstellen eines Gradientenbauteils im teilflüssigen Zustand - Google Patents

Verfahren zum Herstellen eines Gradientenbauteils im teilflüssigen Zustand Download PDF

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EP0928653A1
EP0928653A1 EP99100206A EP99100206A EP0928653A1 EP 0928653 A1 EP0928653 A1 EP 0928653A1 EP 99100206 A EP99100206 A EP 99100206A EP 99100206 A EP99100206 A EP 99100206A EP 0928653 A1 EP0928653 A1 EP 0928653A1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
casting
thixo
bolt
liquid state
primary material
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP99100206A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hauke Müller-Späth
Peter R. Sahm
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.)
Gut Giesserei Umwelt Technik GmbH
Original Assignee
Gut Giesserei Umwelt Technik GmbH
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Filing date
Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D17/00—Pressure die casting or injection die casting, i.e. casting in which the metal is forced into a mould under high pressure
    • B22D17/007—Semi-solid pressure die casting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D19/00—Casting in, on, or around objects which form part of the product
    • B22D19/16—Casting in, on, or around objects which form part of the product for making compound objects cast of two or more different metals, e.g. for making rolls for rolling mills

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a gradient component in the partially liquid state, in particular by means of a thixo casting or thixo forging process, with a casting material, which is initially manufactured as a primary material and in the subsequent casting process or forging process up to one partially liquid state is heated again, according to the preamble of the claim 1.
  • a thixo casting process is known from DE 196 05 839 A1, which meets the requirements of an economical and innovative manufacturing technology be fulfilled. This includes high productivity as in die casting, with very good component properties.
  • the Castings produced using this special casting process in "near-net-shape" quality are weldable, pressure-tight and heat-treatable.
  • a typical area of application lies in the substitution of high quality components due to high Requirements for the material properties cannot be die-cast, but have to be costly forged or chilled.
  • Typical components include e.g. Brake cylinders, parts of the vehicle injection system, Automotive chassis parts, brake discs, gears and / or pistons for the engine sector.
  • the thixo casting process can be divided into three process steps. This includes the production of a special primary material, the Reheating in the partially fluid state and the immediately connected Shaping through a modified die casting process. Every single one Step includes a variety of parameters, their precise control and Controls are critical to the success of the process.
  • the invention has for its object to provide an improved method of the above.
  • the primary material consists of at least two different materials is produced, which in the primary material separately be separated from each other by at least one boundary line.
  • the material to be manufactured Component is at least one of the materials an alloy.
  • the method according to the invention is a bolt from one Material produced and then the multiple bolts to run of the thixo casting process lined up. This is a so-called SSP procedure applied as known from the above DE 196 05 839.2.
  • a bolt of the primary material is used first Made from a first material and then for completion of the bolt as a preliminary material, at least a second material around it Bolts around and this integrally formed in a predetermined area.
  • a primary material for example in the form of a gradient bolt, is obtained in particularly advantageous in that powder metallurgical master alloys used to manufacture the primary material or a single slug production Method (SSP) according to DE 196 05 839 is used.
  • SSP single slug production Method
  • the materials present separately from each other are reheated of the primary material together or separately and the materials are then placed together in a casting chamber and pressed together or also inserted in at least two separate casting chambers and simultaneously or pressed in with a time delay.
  • the above task in a process of the above Sort the primary material separately manufactured at least two different materials, each separately in partially liquid state in separate casting chambers of a mold placed and pressed into the mold at the same time.
  • Fig. 1 shows a first preferred embodiment of a manufactured according to the invention
  • Material 100 made of a first alloy 10 and a second alloy 12.
  • the two alloys 10 and 12 are separated from one another by a boundary line 14 Cut.
  • the primary material 100 can be made of the two alloys 10 and 12 be made in one piece or the respective raw material bolts 10 and 12 are manufactured separately and simply meet at the boundary line 14.
  • the reheating for the thixo casting process takes place for the two raw material bolts 10 and 12 together or separately.
  • Fig. 2 shows a second preferred embodiment of a prepared according to the invention Primary material 200.
  • the first alloy 10 is formed such to enclose the second alloy 12 in a predetermined range.
  • there is a cross-sectionally U-shaped boundary line 14 between the first Alloy 10 and the second alloy 12 are formed.
  • the making of a such bolts from two different alloys can be different Way.
  • the cross section is first U-shaped bolts made with the first alloy 10.
  • a second Step becomes the recess enclosed by the bolt of the first alloy 10 filled with the second alloy 12.
  • a primary material 100 or 200 is therefore provided, which at least two different materials, for example in the form of the first and second alloy 10 and 12.
  • the particular advantage is that now by processing this "hybrid" material in a single process step in thixo casting or thixo forging at least two different ones Materials 10, 12 are processed.
  • the arrangement of the primary material 100 takes place in such a way that that when the primary material 100 is pressed into a mold interior by means of the piston 20 18 first the first alloy 10 occurs and only then the second alloy enters the mold interior 18.
  • the first alloy 10 is, for example a material with high wear resistance
  • the second alloy 12 For example, a material with ductile properties for formation is a carrier body of the component to be manufactured.
  • the first material here for example the first alloy 10, enriches or stores on outer areas of the mold interior 18, i.e. so on outside areas of the component to be manufactured, so that the first material 10 with its wear-resistant property forms an outer interface of the component.
  • the second material 12 then fills the mold interior 18, so that the second material 12 with its ductile property is a carrier body of the component to be manufactured.
  • a component that is locally different is produced in a single work step Has properties, namely a wear-resistant outer surface and a ductile support body.
  • the particular advantage is economy the gradient process, since conventionally several work steps for component creation are necessary. Furthermore, you can achieve with, for example only wear-resistant material, no ductility, which is often required is.
  • This "Einsdtt” technology according to the invention for the thixo casting process in which processed at least two different materials in a single step can be supported in an advantageous manner that for the 18 corresponding cuts and shapes are selected, so that predetermined flow processes of the partially liquid material during the Thixog machineclar ensure that, for example, the first material 10 with its wear-resistant property at predetermined locations in the mold interior 18 is enriched. Furthermore, this can be done by appropriate heating technology are supported during the thixo casting process, as is usually the case the two different materials 10 and 12 are not necessarily the need exactly the same processing temperature during the thixo casting process. For example, the first material 10 and the second material 12 can be chosen such that the first material 10 has a lower processing temperature has as the second material 12.
  • the lower processing temperature is then selected approached the first alloy 10, so that this optimally on the edge areas of the interior 18 distributed.
  • the second, higher processing temperature of the second alloy 12 driven so that only after an optimal and predetermined distribution of the first Alloy 10 a corresponding distribution of the second alloy 12 in Mold interior 18 takes place.
  • the second alloy 12 essentially fills an inner mold space with the formation of a carrier body for the to be manufactured Component.
  • the method is not based on the use of two different ones Materials 10 and 12 limited. Rather, three, four or more materials.
  • the primary material does not have a finite number of different materials 10, 12, but is designed as a gradient bolt. This can be used in all known manufacturing technologies be used for processing partially liquid materials.
  • a gradient component is a filling in the form from two sides or on two casting chambers arranged one above the other or next to one another.
  • the bolts will be at the same time from one heating station into the right and left casting chamber or upper and lower chamber inserted and then both casting pistons of the Die casting machine for mold filling moves and the material is conveyed into the mold.
  • Alloys 10 and 12 in arranged in different chambers. Alternatively, there are three or more Chambers provided for the different alloys. These chambers are arranged side by side or one above the other according to FIG. Alternatively, as shown in Fig. 4, two or more casting chambers arranged opposite one another. The shaping by pressing out of the respective chambers takes place at the same time or with a time delay. The arrangement is selected, for example depending on the construction of the component.
  • the materials 10, 12 are preferred in separate heating systems from different Materials placed in the respective casting chambers. Here, for example conventional master alloys are used. The peculiarity lies here especially in the arrangement of the casting chambers and the separate heating of materials.

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Abstract

Bei einem Verfahren zum Herstellen eines Gradientenbauteils im teilflüssigen Zustand, insbesondere mittels eines Thixogießverfahrens oder Thixoschmiedeverfahrens, mit einem Gießwerkstoff, welcher zunächst als Vormaterial hergestellt und beim anschließenden Gießverfahren oder Schmiedeverfahren bis zu einem teilflüssigen Zustand wiedererwärmt wird, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, daß das Vormaterial aus wenigstens zwei verschiedenen Werkstoffen hergestellt wird, welche im Vormaterial separat durch wenigstens eine Grenzlinie voneinander getrennt angeordnet werden. Die Vormaterialien werden beispielsweise in wenigstens zwei getrennten Erwärmungsanlagen aufgeheizt und in wenigstens zwei Gießkammern eingelegt und zeitgleich oder zeitversetzt verpreßt. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Gradientenbauteils im teilflüssigen Zustand, insbesondere mittels eines Thixogieß- oder Thixoschmiedeverfahrens, mit einem Gießwerkstoff, welcher zunächst als Vormaterial hergestellt und beim anschließenden Gießverfahren oder Schmiedeverfahren bis zu einem teilflüssigen Zustand wieder erwärmt wird, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Zukünftige Entwicklungen in der Leichtbautechnik hängen insbesondere von den Werkstoffeigenschaften der eingesetzten Bauteile ab. Die Forderung nach immer besseren Eigenschaften dieser Bauteile aus gegossenen Werkstoffen bedingen die Entwicklung von technologisch immer anspruchsvolleren Gießverfahren. Hierbei werden beispielsweise Bauteile mit lokal unterschiedlichen Werkstoffeigenschaften angestrebt. Beispielsweise soll der Bauteilkörper selbst aus einem duktilen Trägerwerkstoff bestehen, während Randbereiche des Bauteils aus einem besonders verschleißfesten Werkstoff hergestellt sein sollen. Ein Sondergießverfahren aus der Klasse des "Semi-Solid-Metalforming" stellt das Thixogießen dar. Dieses mit dem Druckgießen verwandte Verfahren zeichnet sich durch die Besonderheit der Verarbeitung des Metalls im teilflüssigen Zustand aus. Aufgrund der für einen Umformprozeß völlig untypischen "Gießtemperatur" innerhalb des Erstarrungsintervalls bietet das Thixogießen ein Verfahrenspotential, das zwischen dem Umformen von Gießverfahren und dem Umformen durch Schmiedeprozesse eingeordnet werden kann. Aus der DE 196 05 839 A1 ist ein Thixogießverfahren bekannt, welches die Anforderungen, die an eine wirtschaftliche und innovative Fertigungstechnologie gestellt werden, erfüllt. Dazu zählen eine hohe Produktivität wie beim Druckgießen, bei gleichzeitig sehr guten Bauteileeigenschaften. Die nach diesem Sondergießverfahren hergestellten Gußteile in "Near-Net-Shape"-Qualität sind schweißbar, druckdicht und wärmebehandelbar. Ein typisches Anwendungsgebiet liegt in der Substitution hochwertiger Bauteile, die aufgrund hoher Anforderungen an die Werkstoffeigenschaften nicht druckgegossen werden können, sondern kostenintensiv geschmiedet oder kokillengegossen werden müssen. Zu den typischen Bauteilen zählen z.B. Bremszylinder, Teile der Kfz-Einspritzanlage, Kfz-Fahrwerksteile, Bremsscheiben, Zahnräder und/oder Kolben für den Motorenbereich.
Der Verfahrensablauf des Thixogießens läßt sich dabei in drei Prozeßschritte unterteilen. Hierzu zählen die Herstellung eines speziellen Vormaterials, dessen Wiedererwärmung in den teilflüssigen Zustand und die unmittelbar angeschlossene Formgebung durch einen modifizierten Druckgießprozeß. Jeder einzelne Schritt beinhaltet eine Vielzahl von Parametem, deren genaue Kontrolle und Steuerung für den Erfolg des Verfahrens von entscheidender Bedeutung sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren der o.g. Art zur Verfügung zu stellen, wobei auf einfache und gut kontrollierbare bzw. wiederholbare Weise lokal vorbestimmte Werkstoffeigenschaften eines herzustellenden Bauteils erzielbar sind.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der o.g. Art mit den in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.
Hierzu ist es erfindungsgemäß vorgesehen, daß das Vormaterial aus wenigstens zwei verschiedenen Werkstoffen hergestellt wird, welche im Vormaterial separat durch wenigstens eine Grenzlinie voneinander getrennt angeordnet werden. Dies hat den Vorteil, daß in einem einzigen Gießverfahren wenigstens zwei unterschiedliche Legierungen verarbeitet werden und somit in einem einzigen Gießvorgang funktionsbezogene Eigenschaftsverbesserungen der Bauteile erzielbar sind. Ferner werden Grenzflächenspannungen der unterschiedlichen Werkstoffe durch die gemeinsame Verarbeitung im teilflüssigen Zustand reduziert. Ferner wird durch die Verarbeitung im teilflüssigen Zustand eine Ausgangsstruktur während des Formgebungsprozesses beibehalten. Im Gegensatz zum Druckguß sind die erfindungsgemäß hergestellten Bauteile druckdicht, wärmebehandelbar und schweißbar.
Zum Erzielen unterschiedlichster Werkstoffeigenschaften des herzustellenden Bauteils ist wenigstens einer der Werkstoffe eine Legierung.
Für eine einfache Ausführung des Thixogießverfahrens wird in vorteilhafter Weise das Vormaterial als einzelner Bolzen vorgefertigt. In einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird je ein Bolzen aus jeweils einem Werkstoff hergestellt und anschließend die mehreren Bolzen zum Ausführen des Thixogießverfahrens aneinander gereiht. Hierbei wird ein sog. SSP Verfahren angewendet, wie aus der obengenannten DE 196 05 839.2 bekannt.
Zweckmäßigerweise wird zuerst ein Bolzen des Vormaterials aus einem ersten Werkstoff mit einer Ausnehmung hergestellt und anschließend zur Vervollständigung des Bolzens als Vormaterial wenigstens ein zweiter Werkstoff diese Ausnehmung füllend eingeformt.
In einer anderen vorteilhaften Ausführungsform wird zuerst ein Bolzen des Vormaterials aus einem ersten Werkstoff hergestellt und anschließend zur Vervollständigung des Bolzens als Vormaterial wenigstens ein zweiter Werkstoff um diesen Bolzen herum und diesen in einem vorbestimmten Bereich umschließend angeformt.
Ein Vormaterial beispielsweise in Form eines Gradientenbolzens erzielt man in besonders vorteilhafter Weise dadurch, daß pulvermetallurgische Vorlegierungen zum Herstellen des Vormaterials verwendet werden oder ein Single-Slug-Production Verfahren (SSP) gemäß der DE 196 05 839 angewendet wird.
Zweckmäßigerweise werden als Vormaterial Eisen, eine NE-Legierung und/oder pulvermetallurgisch hergestellte Verbunde verwendet.
In einer besonders bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Wiedererwärmung der separiert voneinander vorliegenden Werkstoffe des Vormaterials gemeinsam oder getrennt und die Werkstoffe werden anschließend zusammen in eine Gießkammer eingelegt und gemeinsam verpreßt oder auch in wenigstens zwei getrennte Gießkammern eingelegt und gleichzeitig oder zeitverzögert verpreßt.
Dadurch, daß man einzelne Bolzen aus dem Vormaterial herstellt, wobei man die Erstarrung des Materials unter erhöhtem Druck und Anlegen eines äußeren Magnetfelds ausführt, entfallen zeit- und kostenaufwendige Arbeitsschritte, wie beispielsweise das Ablengen und/oder Abdrehen der Bolzen. Dieses Verfahren wird auch als Single-Slug-Production (SSP) bezeichnet.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird zur Lösung der obigen Aufgabe bei einem Verfahren der o.g. Art das Vormaterial getrennt aus wenigstens zwei verschiedenen Werkstoffen hergestellt, welche jeweils getrennt in teilflüssigem Zustand jeweils in voneinander getrennten Gießkammem einer Form gelegt und gleichzeitig in die Form gepreßt werden.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in:
Fig. 1
eine Schnittansicht einer ersten bevorzugten Ausführungsform eines Vormaterials für ein erfindungsgemäßes Verfahren,
Fig. 2
in Schnittansicht eine zweite bevorzugte Ausführungsform eines Vormaterials für ein erfindungsgemäßes Verfahren und
Fig. 3
eine erste bevorzugte Ausführungsform einer Vorrichtung zum Ausführen eines Thixogieß- oder Thixoschmiedeverfahrens mit einem erfindungsgemäß vorbereiteten Vormaterial,
Fig. 4.
eine zweite bevorzugte Ausführungsform einer Vorrichtung zum Ausführen eines Thixogieß- oder Thixoschmiedeverfahrens und
Fig. 5
eine dritte bevorzugte Ausführungsform einer Vorrichtung zum Ausführen eines Thixogieß- oder Thixoschmiedeverfahrens
Fig. 1 zeigt eine erste bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäß hergestellten Vormaterials 100 aus einer ersten Legierung 10 und einer zweiten Legierung 12. Die beiden Legierungen 10 und 12 sind durch eine Grenzlinie 14 voneinander getrennt. Hierbei kann das Vormaterial 100 aus den beiden Legierungen 10 und 12 einstückig hergestellt sein oder die jeweiligen Vormaterialbolzen 10 und 12 sind separat hergestellt und stoßen an der Grenzlinie 14 einfach aneinander.
Dementsprechend erfolgt die Wiedererwärmung für das Thixogießverfahren für die beiden Vormaterialbolzen 10 und 12 gemeinsam oder getrennt voneinander.
Fig. 2 zeigt eine zweite bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäß hergerichteten Vormaterials 200. Hierbei ist die erste Legierung 10 derart ausgebildet, daß sie die zweite Legierung 12 in einem vorbestimmten Bereich umschließt. In diesem Falle ist eine im Querschnitt U-förmige Grenzlinie 14 zwischen der ersten Legierung 10 und der zweiten Legierung 12 ausgebildet. Die Herstellung eines derartigen Bolzens aus zwei verschiedenen Legierungen kann auf unterschiedliche Weise erfolgen. In einer ersten Ausführungsform wird zunächst der im Querschnitt U-förmige Bolzen mit der ersten Legierung 10 hergestellt. In einem zweiten Schritt wird die von dem Bolzen der ersten Legierung 10 umschlossene Ausnehmung mit der zweiten Legierung 12 aufgefüllt. Es ist jedoch auch in umgekehrter Weise möglich, zuerst den Bolzen mit der zweiten Legierung 12 herzustellen und die erste Legierung 10 um die zweite Legierung 12 herum anzuformen.
Erfindungsgemäß ist also ein Vormaterial 100 oder 200 vorgesehen, welches wenigstens zwei verschiedene Werkstoffe, beispielsweise in Form von erster und zweiter Legierung 10 und 12, umfaßt. Der besondere Vorteil liegt darin, daß nunmehr durch die Verarbeitung dieses "Hybrid"-Vormaterials in einem einzigen Verfahrensschritt beim Thixogießen oder Thixoschmieden wenigstens zwei verschiedene Materialien 10, 12 verarbeitet werden. Hierbei wird beispielsweise ein Vormaterial 100 in eine Gießkammer 16 einer Thixogießvorrichtung, wie in Fig. 3 dargestellt, eingesetzt. Hierbei erfolgt die Anordnung des Vormaterials 100 derart, daß beim Einpressen des Vormaterials 100 mittels des Kolben 20 in einen Forminnenraum 18 zuerst die erste Legierung 10 eintritt und erst anschließend die zweite Legierung in den Forminnenraum 18 eintritt. Die erste Legierung 10 ist beispielsweise ein Werkstoff mit hoher Verschließfestigkeit, wogegen die zweite Legierung 12 beispielsweise ein Werkstoff mit duktilen Eigenschaften zum Ausbilden eines Trägerkörpers des herzustellenden Bauteils ist.
Durch die entsprechende Anordnung der ersten und zweiten Legierung 10 und 12, daß sie in einem einzigen Thixogießverfahren nacheinander in den Formeninnenraum 18 eindringen, wird folgendes erzielt:
Der erste Werkstoff, hier beispielsweise die erste Legierung 10, reichert bzw. lagert sich an äußeren Bereichen des Formeninnenraums 18, d.h. also an Außenbereichen des herzustellenden Bauteils, an, so daß der erste Werkstoff 10 mit seiner verschleißfesten Eigenschaft eine äußere Grenzfläche des Bauteils bildet. Dagegen füllt im Anschluß der zweite Werkstoff 12 den Formeninnenraum 18 aus, so daß der zweite Werkstoff 12 mit seiner duktilen Eigenschaft einen Trägerkörper des herzustellenden Bauteils bildet.
Somit ist in einem einzigen Arbeitsschritt ein Bauteil hergestellt, welches lokal unterschiedliche Eigenschaften aufweist, nämlich eine verschleißfeste Außenfläche und einen duktilen Trägerkörper. Der besondere Vorteil liegt in der Wirtschaftlichkeit des Gradientenverfahrens, da konventionell mehrere Arbeitsschritte zur Bauteilerstellung notwendig sind. Des weiteren erzielt man beispielsweise mit einem ausschließlich verschleißfesten Material keine Duktilität, welche aber oftmals gefordert ist.
Diese erfindungsgemäße "Einschdtt"-Technik für das Thixogießverfahren, bei der in einem einzigen Schritt wenigstens zwei unterschiedliche Werkstoffe verarbeitet werden, kann in vorteilhafter Weise noch dadurch unterstützt werden, daß für den Forminnenraum 18 entsprechende Schnitte und Ausformungen gewählt werden, so daß vorbestimmte Strömungsprozesse des teilflüssigen Materials während des Thixogießverfahrens dafür sorgen, daß beispielsweise der erste Werkstoff 10 mit seiner verschleißfesten Eigenschaft an vorbestimmten Stellen des Formeninnenraums 18 angereichert wird. Weiterhin kann dies durch eine entsprechende Erwärmungstechnik während des Thixogießverfahrens unterstützt werden, da üblicherweise die beiden verschiedenen Werkstoffe 10 und 12 nicht unbedingt die exakt gleiche Verarbeitungstemperatur während des Thixogießverfahrens benötigen. So können beispielsweise der erste Werkstoff 10 und der zweite Werkstoff 12 derart gewählt werden, daß der erste Werkstoff 10 eine niedrigere Verarbeitungstemperatur hat als der zweite Werkstoff 12. Während des Thixogießverfahrens wird dann in einem ersten Schritt zunächst die niedrigere Verarbeitungstemperatur der ersten Legierung 10 angefahren, so daß diese sich optimal auf den Randbereichen des Innenraums 18 verteilt. Erst im Verlaufe des Thixogießverfahrens wird dann auf die zweite, höhere Verarbeitungstemperatur der zweiten Legierung 12 gefahren, so daß erst nach einer optimalen und vorbestimmten Verteilung der ersten Legierung 10 eine entsprechende Verteilung der zweiten Legierung 12 im Formeninnenraum 18 erfolgt. Hierbei füllt die zweite Legierung 12 im wesentlichen einen inneren Formenraum unter Ausbildung eines Trägerkörpers für das herzustellende Bauteil aus.
Falls die verschiedenen Vormaterialien, die in einem Bolzen zusammengefügt werden, ein ähnliches Erwärmungsverhalten aufweisen, können diese gemeinsam in einer Erwärmungsanlage in den teilflüssigen Zustand erwärmt werden. Sind die Materialien im Erwärmungsverhalten stark unterschiedlich, sind bevorzugt zwei Aufheizstationen erforderlich. Beide Aufheizstationen haben die gleiche Taktzeit und die Bolzensegmente werden zur gleichen Zeit oder mit geringer Verzögerung in die Gießkammer befördert und dann gemeinsam verarbeitet bzw. verpreßt.
Erfindungsgemäß ist das Verfahren nicht auf die Verwendung von zwei unterschiedlichen Werkstoffen 10 und 12 beschränkt. Vielmehr können dies auch drei, vier oder mehr Werkstoffe sein. In einem Extremfall weist das Vormaterial nicht mehr eine endliche Anzahl von verschiedenen Werkstoffen 10, 12 auf, sondern ist als Gradientenbolzen ausgeführt. Dieser kann in allen bekannten Fertigungstechnologien für das Verarbeiten von teilflüssigen Werkstoffen eingesetzt werden.
Eine weitere Möglichkeit der Verarbeitung teilflüssiger Werkstoffe mit dem Ziel eines Gradientenbauteils ist eine Befüllung der Form von zwei Seiten oder an zwei übereinander bzw. nebeneinander angeordneten Gießkammern. Die Bolzen werden zeitgleich von jeweils einer Aufheizstation in die rechte und linke Gießkammer bzw. obere und untere Kammer eingelegt und dann werden beide Gießkolben der Druckgießmaschine zum Formfüllen bewegt und das Material in die Form befördert. Durch die Einstellung der Prozeßparameter an der Formgebungsseite erfolgt eine genaue Einstellung des Gradientengefüges.
Die Fig. 4 und 5 zeigen weitere Varianten einer Vorrichtung zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens. Hierbei werden die Legierungen 10 und 12 in unterschiedlichen Kammern angeordnet. Alternativ sind auch drei oder mehr Kammern für die unterschiedlichen Legierungen vorgesehen. Diese Kammern sind gemäß Fig. 5 nebeneinander bzw. übereinander angeordnet. Alternativ sind, wie in Fig. 4 dargestellt, zwei oder mehr Gießkammern gegenüberliegend angeordnet. Die Formgebung durch Verpressen aus den jeweiligen Kammern heraus erfolgt zeitgleich oder zeitlich verzögert. Die Auswahl der Anordnung erfolgt beispielsweise in Abhängigkeit von der Konstruktion des Bauteiles. Die Werkstoffe 10, 12 werden bevorzugt in getrennten Erwärmungsanlagen aus unterschiedlichen Vormaterialien in die jeweiligen Gießkammern eingelegt. Hierbei werden beispielsweise konventionelle Vorlegierungen eingesetzt. Die Besonderheit liegt hierbei insbesondere in der Anordnung der Gießkammern und der getrennten Aufheizung der Materialien.

Claims (11)

  1. Verfahren zum Herstellen eines Gradientenbauteils im teilflüssigen Zustand, insbesondere mittels eines Thixogießverfahrens oder Thixoschmiedeverfahrens, mit einem Gießwerkstoff, welcher zunächst als Vormaterial hergestellt und beim anschließenden Gießverfahren oder Schmiedeverfahren bis zu einem teilflüssigen Zustand wieder erwärmt wird,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    das Vormaterial aus wenigstens zwei verschiedenen Werkstoffen hergestellt wird, welche im Vormaterial separat durch wenigstens eine Grenzlinie voneinander getrennt angeordnet werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der Werkstoffe eine Legierung ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Vormaterial als einzelner Bolzen vorgefertigt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß je ein einzelner Bolzen aus jeweils einem Werkstoff hergestellt wird und die mehreren Bolzen zum Ausführen des Thixogießverfahrens oder Thixoschmiedeverfahrens aneinander gereiht werden.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zuerst ein Bolzen des Vormaterials aus einem ersten Werkstoff mit einer Ausnehmung hergestellt wird und anschließend zur Vervollständigung des Bolzens als Vormaterial wenigstens ein zweiter Werkstoff diese Ausnehmung füllend eingeformt wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zuerst ein Bolzen des Vormaterials aus einem ersten Werkstoff hergestellt wird und anschließend zur Vervollständigung des Bolzens als Vormaterial wenigstens ein zweiter Bolzen um diesen Bolzen herum und diesen in einem vorbestimmten Bereich umschließend angeformt wird.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß metallurgische Vorlegierungen zum Herstellen des Vormaterials verwendet werden.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Vormaterial Eisen, eine NE-Legierung und/oder pulvermetallurgisch hergestellte Verbunde verwendet werden.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wiedererwärmung der separiert voneinander vorliegenden Werkstoffe des Vormaterials gemeinsam oder getrennt erfolgt und die Werkstoffe anschließend zusammen in eine Gießkammer eingelegt und verpreßt werden.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man einzelne Bolzen aus dem Vormaterial herstellt, wobei man eine Erstarrung des Materials unter erhöhtem Druck und Anlegen eines äußeren Magnetfeldes ausführt.
  11. Verfahren zum Herstellen eines Gradientenbauteils im teilflüssigen Zustand, insbesondere mittels eines Thixogießverfahrens oder Thixoschmiedeverfahrens, mit einem Gießwerkstoff, welcher zunächst als Vormaterial hergestellt und beim anschließenden Gießverfahren bis zu einem teilflüssigen Zustand wieder erwärmt wird, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    das Vormaterial getrennt aus wenigstens zwei verschiedenen Werkstoffen hergestellt wird, welche jeweils getrennt in teilflüssigem Zustand jeweils in voneinander getrennten Gießkammern einer Form gelegt und gleichzeitig oder zeitlich verzögert in die Form gepreßt werden.
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