Verfahren zur Herstellung von Formteilen aus thixotropen Metall-Legierungen

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Formteilen aus thixotropen Metall-Legierungen, indem die Legierung in die thixotrope Struktur umgeschmolzen, die thixotrope Schmelze im Stranggießverfahren zu einem Strangguß geformt wird, aus dem Stranggußprofil Rohlinge erzeugt werden und jeder Rohling auf die für das Umformen notwendige Temperatur erwärmt und anschließend zum Formteil umgeformt wird.

[0002] Thixotrope Metall-Legierungen, insbesondere thixotrope Aluminium-Legierungen gewinnen zunehmend an Bedeutung. Sie werden durch Erschmelzen des Metalls und eine definierte Temperaturführung bei gleichzeitiger Agitation erhalten. Die thixotrope Struktur zeichnet sich dadurch aus, daß in einem bestimmten Temperaturbereich in einer eutektischen Schmelze globulare Körner vorliegen. Bei Erstarren einer solchen Schmelze bleibt die globulare Struktur erhalten, wodurch sich gegenüber dem normal erschmolzenen und gegossenen Metall erheblich höhere Festigkeiten ergeben. Hieraus resultiert die zunehmende Bedeutung der thixotropen Aluminium-Legierungen. Die hieraus hergestellten Halbzeuge sind in der Regel Strangusprofile.

[0003] Zur Herstellung von Formteilen aus dem Strangußprofil steht bisher im wesentlichen nur ein Verfahren zur Verfügung, nämlich das Druckgießen. Aus dem Strangußprofil wird ein Rohling abgelängt, der in einer Ofenanlage in einem gesteuerten Temperaturprozeß langsam erwärmt wird. Am Ende der Erwärmungsphase muß eine Struktur erhalten werden, die einen Festkörperanteil von 40% bis maximal 60% und einen entsprechenden Schmelzeanteil aufweist. Dieser Rohling hat eine teigige Struktur, die gerade noch seine Handhabung ermöglicht. Der teigige Rohling wird in eine Vorkammer eines Druckgießwerkzeugs eingelegt, mit hohem Druck beaufschlagt und dabei die teigige Masse in die Form verdrängt. Um eine einwandfreie Formfüllung zu erhalten, muß mit bedeutsamen Überschußmengen bei gleichzeitigem Nachpressen gearbeitet werden. Die Überschußmengen werden in Überlaufsystemen am Werkzeug aufgenommen.

[0004] Dieses bekannte Verfahren hat aufgrund der begrenzten Fließwege, die im wesentlichen durch den Flüssiganteil bestimmt sind, relativ enge Grenzen in der Formteilgeometrie. Ferner wird auch bei entsprechendem Nachpressen keine endgültig verfestigte Gefügequalität erreicht.

[0005] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Formteilen aus thixotropen Metall-Legierungen, insbesondere Aluminium-Legierungen, vorzuschlagen, das die Herstellung annähernd beliebiger Formteile bei einwandfreier Gefügequalität gestattet.

[0006] Ausgehend von dem Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Stranggußprofil zu plattenförmigem Walzgut umgeformt, aus dem Walzgut Rohlinge mit einer Konfiguration und einem Volumen ausgestanzt werden, die nahe denjenigen des Formteils liegen, und daß der einzelne Rohling nach Aufwärmen auf eine Temperatur, bei der sich der thixotrope Zustand einstellt, durch Preßschmieden in einer Form zum Formteil umgeformt wird, wobei gleichzeitig der Schmelzeanteil erstarrt.

[0007] Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren braucht der Rohling nur auf eine solche Temperatur erwärmt, die das anschließende Preßschmieden erlaubt. Während beim herkömmlichen Gießen von Aluminium-Legierungen eine Schmelztemperatur von 750°C, beim Druckgießen einer thixotropen Legierung eine solche von ca. 700°C notwendig ist, läßt sich eine thixotrope Aluminiumlegierung schon bei 580°C durch Preßschmieden umformen. Entsprechend geringer sind der Bedarf an Wärmeenergie und die an die Umgebung abgebenen Wärmeverluste. Ferner zeigt das durch Preßschmieden hergestellte Formteil eine hohe Gefügefestigkeit. Die Materialverluste können durch entsprechende Formgebung des gestanzten Rohlings minimiert werden. Der Formteilgeometrie sind aufgrund der hohen Umformbarkeit nicht die engen Grenzen gesetzt, die beim herkömmlichen Preßschmieden gegeben sind.

[0008] Der Rohling sollte auf eine Temperatur erwärmt werden, bei der in der schmelzflüssigen Phase wenigstens ca. 40 bis 60% Festkörperanteil vorhanden sind. Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet insbesondere auch noch die Verarbeitung von Rohlingen mit einem Festkörperanteil von größer 60%, so daß die Gefügeumwandlung beim Aufwärmen minimiert wird.

[0009] In bevorzugter Ausführung des Verfahrens wird der Rohling zu Beginn des Einwirkens der Preßkraft mit geringer, dann mit einer progessiv steigenden Umformgeschwindigkeit bis zu größer 500mm/s und kurz vor Erreichen der Endform des Formteils mit stark degressiver Umformgeschwindigkeit bei stark progressiver Preßkraft umgeformt, wobei die Preßkraft bis zum Erstarren des Flüssiganteils gehalten wird.

[0010] Bei dem erfindungsgemäßen Umformverfahren ist zunächst wichtig, daß der Rohling zu Beginn des Umformvorgangs nicht mit zu hohen Impulskräften beaufschlagt wird, um ein Verdrängen Auswandern des Schmelzeanteils zu vermeiden. Anschließend muß aber die Umformgeschwindigkeit stark progressiv ansteigen, um unter Wahrung der thixotropen Struktur schnell die Endform zu erreichen. Vor Erreichen der Endform muß die Umformgeschwindigkeit wiederum stark degressiv abgesenkt werden, um beim Schließen der Form und gleichzeitig ansteigender Preßkraft überschwingende Druckspitzen zu vermeiden. Schließlich wird die End-Preßkraft solange gehalten, bis der Flüssiganteil erstarrt ist.

[0011] Vorzugsweise beträgt die maximale Umformgeschwindigkeit mehr als 800mm/s. Die maximale Preßkraft am Ende des Umformvorgangs wird von dem Formfüllungsgrad, dem Umformgrad und der Bauteilgeometrie bestimmt. Sie kann bis zu etwa 5000 kN betragen.

[0012] Für die Erzeugung des platinenförmigen Rohlings aus dem Walzgut kommen alle herkömmlichen Verfahren in Frage, wobei insbesondere das Schneiden, Stanzen oder Zerspanen zu nennen sind.

Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Formteilen aus thixotropen Metall-Legierungen, indem die Legierung in die thixotrope Struktur umgeschmolzen, die thixotrope Schmelze im Stranggießverfahren zu einem Stranggußprofil geformt, aus dem Stranggußprofil Rohlinge erzeugt werden und jeder Rohling auf die für das Umformen notwendige Temperatur erwärmt und anschließend zum Formteil umgeformt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Stranggußprofil zu plattenförmigem Walzgut umgeformt, aus dem Walzgut Rohlinge mit einer Konfiguration und einem Volumen hergestellt werden, die nahe demjenigen des Formteils liegen, und daß der einzelne Rohling nach Aufwärmen auf eine Temperatur, bei der sich der thixotrope Zustand einstellt, durch Preßschmieden in einer Form zum Formteil umgeformt wird, wobei gleichzeitig der Flüssiganteil erstarrt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohling auf eine Temperatur erwärmt wird, bei der in der schmelzflüssigen Phase ca. 40 bis über 60% Festkörperanteil vorhanden ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohling auf eine Temperatur erwärmt wird, bei der in der schmelzflüssigen Phase wenigstens 60% Festkörperanteil vorhanden sind.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohling zu Beginn des Einwirkens der Preßkraft mit geringer, dann mit einer progressiv steigenden Umformgeschwindigkeit bis zu größer 500mm/s und kurz vor Erreichen der Endform des Formteils mit stark degressiver Umformgeschwindigkeit bei stark progessiver Preßkraft umgeformt wird, wobei die Preßkraft bis zum Erstarren des Flüssiganteils gehalten wird.

5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohling nach Einwirken der Preßkraft mit einer Umformgeschwindigkeit von etwa 800mm/s umgeformt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Formteil bei Erreichen der Endform mit einer Preßkraft, die für eine eventuelle Restumformung erforderlich ist, beaufschlagt wird.