Vefahren zur pulvermetallurgischen Herstellung von Rohren sowie danach hergestellte Rohrrohlinge (Halbfabrikate)

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur pulvermetallurgischen Herstellung von Rohren, bei dem Pulver aus Metall und/oder Metall-Legierungen in eine dünnwandige Kapsel, bestehend aus Innenrohrmantel und Aussenrohrmantel sowie einem Boden eingefüllt, die Kapsel anschliessend an ihrer dem Boden gegenüberliegenden Seite mit einem ringförmigen Deckel verschlossen und einem kaltisostatischen Druck ausgesetzt wird, wodurch eine Verdichtung bzw. Verpressung des Pulvers innerhalb der Kapsel erfolgt, so dass ein fester bzw. formbeständiger Rohrrohling entsteht, der dann unter Wärme stranggepresst wird.

[0002] Ein derartiges Verfahren ist allgemein bekannt. Es hat sich jedoch gezeigt, dass sehr häufig vor allem am Innenrohr bzw. Innenrohrmantel wärmespannungs-bedingte Risse auftreten, und zwar insbesondere an den beiden stirnseitigen Endbereichen, d. h. nahe dem Kapselboden und/oder Kapseldeckel. Die Risse können sich über den gesamten Umfang des Innenrohres bzw. Innenrohrmantels erstrecken oder nur über einen Teil desselben. Dies hängt von dem Ausmass der Wärmespannungen ab.

[0003] Es wurde festgestellt, dass die erwähnte Rissbildung ihre Ursache in einer ungleichmässigen Erwärmung der Rohr-Kapsel auf die Warmbearbeitungstemperatur hat. Eine solche ungleichmässige Erwärmung tritt insbesondere dann auf, wenn in grossen Öfen und mit relativ grossen Rohr-Rohlingen bzw. -Presslingen gearbeitet wird. Man stellte beispielsweise fest, dass die Wärmespannungen zu Dehnungen insbesondere des Innenrohres bzw. Innenrohrmantels führen können, die in der Grössenordnung von 0,5 bis 1% der Länge des Rohr-Rohlings bzw. -Presslings liegen.

[0004] Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine derartige Rissbildung bei Erwärmung des Rohr-Rohlings auf die Warmbearbeitungstemperatur zu vermeiden.

[0005] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss in überraschend einfacher Weise durch die kennzeichnenden Massnahmen des Patentanspruches 1 gelöst, wobei die in den Unteransprüchen beschriebenen verfahrenstechnischen und formgebenden Merkmale sich als besonders vorteilhaft herausgestellt haben.

[0006] Durch die erfindungsgemässe Ausbuchtung können Wärmespannungen kompensiert bzw. neutralisiert werden, wobei die Ausbuchtung bzw. Ausbuchtungen an den Stellen maximaler Wärmespannungen, also vorzugsweise an den stirnseitigen Endbereichen des Innenrohres bzw. Innenrohrmantels ausgebildet werden.

[0007] Die Grösse der Ausbuchtung bzw. Ausbuchtungen hängt von der Abmessung des Rohr-Rohlings und natürlich der Warmbearbeitungstemperatur ab. Die Ausbuchtung bzw. Ausbuchtungen müssen so bemessen sein, dass sich das Innenrohr bzw. der Innenrohrmantel bei Erwärmung des Rohr-Rohlings bzw. -Presslings auf die Warmbearbeitungstemperatur praktisch vollständig glättet. Die durch die Temperaturunterschiede bedingten Innenrohrdehnungen bzw. -verlängerungen können von vornherein berechnet werden auf der Basis der nachstehenden Gleichung:

wobei

AT die Temperaturänderung in °C

L die Länge des Rohr-Rohlings bzw. -Presslings in mm und

a der Wärmeausdehnungskoeffizient bedeuten.

[0008] Vorzugsweise erstrecken sich die Ausbuchtungen radial nach aussen und werden mittels Rollen oder Walzen oder dergleichen eingeformt, wobei sowohl Patrizen als auch Matrizen zur Anwendung gelangen können.

[0009] Von ganz wesentlicher Bedeutung ist, dass die Ausbuchtungen eine «weich bzw. flach verlaufende» Form, insbesondere im Bereich der Übergänge von der Ausbuchtung zum Innenrohr bzw. Innenrohrmantel, haben. Der Querschnitt der Ausbuchtung ist also etwa muldenförmig, wobei die Übergangsradien etwa in der Grössenordnung des Radius des Innenrohrmantels liegen. Die Ausbildung von Falten muss auf jeden Fall vermieden werden.

[0010] Wie dargelegt, erlauben die Ausbuchtungen eine problemlose Streckung bzw. Dehnung des Innenrohres bzw. Innenrohrmantels bei Erwärmung des Rohr-Rohlings bzw. -Presslings auf die Warmbearbeitungstemperatur, so dass eine Glättung des Innenrohrmantels stattfindet.

[0011] Bei besonders grossen Rohr-Rohlingen ist es zweckmässig, vor der Ausbildung der Ausbuchtungen die entsprechenden Stellen, z. B. die stirnseitigen Endbereiche des Innenrohres, zu glühen und von der sich ausbildenden Oxydschicht zu befreien.

[0012] Nachstehend wird eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäss ausgebildeten und verwendeten Rohr-Rohlings bzw. -Presslings anhand der beigefügten Zeichnung kurz erläutert. Diese zeigt einen Rohr-Rohling bzw. -Pressling vor der Warmbearbeitung im Querschnitt. Dabei bedeuten

[0013] An den stirnseitigen Enden des Innenrohres bzw. Innenrohrmantels 12 ist jeweils eine sich radial nach aussen erstreckende Ausbuchtung 15, 16 ausgebildet, die eine Wärmedehnung des Innenrohres bei Erwärmung der rohrförmigen Kapsel 10 auf die Warmbearbeitungstemperatur erlaubt, derart, dass eine Glättung des Innenrohrmantels 12 stattfindet. Bei etwas länger und grösser dimensionierten Rohrkapseln 10 können an den stirnseitigen Enden jeweils zwei oder mehr sich über den Umfang des Innenrohres bzw. Innenrohrmantels 12 erstreckende Ausbuchtungen entsprechend den Ausbuchtungen 15, 16 angeordnet sein. Wie die anliegende Zeichnung noch erkennen lässt, verlaufen die Ausbuchtungen 15, 16 im Querschnitt relativ flach, d. h. die Übergangsradien sind relativ gross und bewegen sich in der Grössenordnung des Radius des Innenrohrmantels 12.

[0014] Der auf die Warmbearbeitungstemperatur erwärmte Rohr-Rohling bzw. -Pressling 10 mit geglättetem Innenrohrmantel 12 kann dann in herkömmlicher Weise zu dem endgültigen Rohrstrang gepresst werden.

[0015] Die Tiefe und die Übergangsradien r_i, r₂ und r₃ hängen sowohl von der Abmessung des Rohr-Rohlings bzw. -Presslings 10, des verwendeten Pulvermaterials, des Materials von Innenrohrmantel 12 und Aussenrohrmantel 11 sowie der Warmbearbeitungstemperatur ab. Vorzugsweise ist der Sohlen-Radius r₂ etwa doppelt so gross wie die Übergangsradien r, und r₂ im Übergangsbereich zwischen Ausbuchtung und Innenrohr.

[0016] Sämtliche in den Unterlagen offenbarten Merkmale werden als erfindungswesentlich beansprucht, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.

Ansprüche

1. Verfahren zur pulvermetallurgischen Herstellung von Rohren, bei dem Pulver aus Metall und/ oder Metallegierungen in eine dünnwandige Kapsel bestehend aus Innenrohrmantel und Aussenrohrmantel sowie einem Boden eingefüllt, die Kapsel anschliessend an ihrer dem Boden gegenüberliegenden Seite mit einem ringförmigen Dekkel verschlossen und einem kaltisostatischen Druck ausgesetzt wird, wodurch eine Verdichtung bzw. Verpressung des Pulvers innerhalb der Kapsel erfolgt, so dass ein fester bzw. formbeständiger Rohr-Rohling entsteht, der dann unter Wärme stranggepresst wird, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Warmbearbeitung das Innenrohr an mindestens einem stirnseitigen Endbereich mit wenigstens einer sich über den Umfang erstrekkenden Ausbuchtung (15 bzw. 16) von weich bzw. flach verlaufender Form versehen wird, wobei zwischen Ausbuchtung (15 bzw. 16) und dem restlichen Innenrohr ein weicher Übergang ausgebildet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine sich radial nach aussen erstreckende Ausbuchtung (15, 16) mittels Rollen, Walzen oder dgl. an den stirnseitigen Endbereichen des Innenrohres bzw. Innenrohrmantels (12) ausgebildet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an beiden stirnseitigen Endbereichen des Innenrohres bzw. Innenrohrmantels (12) jeweils wenigstens eine sich über den Umfang erstreckende Ausbuchtung (15, 16) ausgebildet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohr-Rohling (10) vor Ausbildung der Ausbuchtung bzw. Ausbuchtungen (15,16) zumindest im Anordnungsbereich derselben geglüht und anschliessend die sich bildende Oxidschicht entfernt wird.

5. Rohr-Rohling zur pulvermetallurgischen Herstellung von Rohren, der nach dem Verfahren gemäss einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4 hergestellt ist aus einer dünnwandigen Kapsel, bestehend aus Innenrohrmantel (12), Aussenrohrmantel (11) sowie ringförmigem Boden (13) und Deckel (14), in die Pulver (17) aus Metall und/ oder Metall-Legierung eingefüllt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenrohr bzw. der Innenrohrmantel (12) an mindestens einem stirnseitigen Endbereich wenigstens eine sich über den Umfang erstreckende Ausbuchtung (15) bzw. (16) von weich bzw. flach verlaufender Form aufweist, wobei zwischen Ausbuchtung (15 bzw. 16) und dem restlichen Innenrohr bzw. Innenrohrmantel (12) ein weicher Übergang mit entsprechend grossen Übergangsradien (r₁, r₃) ausgebildet ist.

Claims

1. A process for the powder-metallurgical manufacture of tubes, in which powder of metal and/ or metal alloy is loaded into a thin-walled box consisting of an inner circumferential tube surface and an outer circumferential tube surface and a base, the box then being closed at its opposite side from the base with an annular lid and exposed to cold isostatic pressure, compression or moulding of the powder thereby being effected inside the box so that a compact or dimensionally stable tube blank is obtained, which is then extruded under heat, characterized in that before the heat treatment the inner tube is provided at at least one end area with at least one bulge (15 or 16) gentle or shallow in form and extending over the circumference, a gentle transition being formed between the bulge (15 or 16) and the rest of the inner tube.

2. A process according to claim 1, characterized in that a bulge (15, 16) extending radially outwards is formed by means of rollers, rolls, or the like at the end areas of the inner tube or inner circumferential tube surface (12).

3. A process according to claim 1 or claim 2, characterized in that at each end area of the inner tube or inner circumferential tube surface (12) at least one bulge (15, 16) is formed extending over the circumference.

4. A process according to any one of claims 1 to 3, characterized in that before formation of the bulge or bulges (15, 16) the tube blank (10) is annealed at least in the area(s) where the former is/are arranged and the oxide layer formed is then removed.

5. A tube blank for the powder-metallurgical manufacture of tubes, which blank is manufactured by the process according to any one or more of claims 1 to 4 from a thin-walled box consisting of an inner circumferential tube surface (12), an outer circumferential tube surface (11) and an annular base (13) and lid (14), into which powder (17) of metal and/or metal alloy is loaded, characterized in that the inner tube or inner circumferential tube surface (12) comprises, at at least one end area, at least one bulge (15) or (16) extending over the circumference and gentle or shallow in form, a gentle transition with correspondingly large transition radii (r_l, r₃) being formed between the bulge (15 or 16) and the rest of the inner tube or inner circumferential tube surface (12).

Revendications

1. Procédé de fabrication de tubes à partir de poudre métallique, dans lequel la poudre de métal et/ou d'alliages métalliques est chargée dans une capsule à paroi mince, composée d'une gaine interne, d'une gaine externe et d'un fond, cette capsule étant ensuite fermée, sur son côté opposé au fond, par un couvercle annulaire, puis soumise à une pression isostatique à froid, qui provoque le serrage et/ou la compression de la poudre interne, si bien qu'il en résulte une ébauche tubulaire compacte et/ou résistante à la déformation, qui est ensuite filée à chaud, caractérisé en ce que, avant l'opération de traitement thermique, le tube interne est muni, sur l'une au moins de ses extrémités frontales, d'un renflement périphérique au moins (15 et/ou 16) -d'une allure douce et/ou plate, une transition en douceur étant obtenue entre le renflement (15 et/ou 16) et le tube interne résiduel.

2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'un renflement (15, 16), doté d'une orientation radiale externe, est réalisé aux extrémités frontales du tube et/ou de la gaine internes (12), au moyen de rouleaux, cylindres ou autres.
Procédé suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par un renflement périphérique au moins (15, 16), prévu aux deux extrémités frontales du tube et/ou de la gaine internes (12).

4. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'ébauche tubulaire (10) est recuite dans la zone du et/ou des renflements (15, 16) du moins, avant la réalisation de ces derniers, la couche d'oxydes formée étant ensuite éliminée.

5. Ebauche tubulaire pour la fabrication de tubes à partir de poudre métallique, obtenue, suivant le procédé conforme à l'une ou à plusieurs des revendications 1 à 4, à partir d'une capsule à paroi mince composée d'une gaine interne (12), d'une gaine externe (11), d'un fond (13) et d'un couvercle annulaires (14), dans laquelle est chargée la poudre (17) de métal et/ou d'alliage métallique, caractérisée en ce que le tube et/ou la gaine interne (12) est munie, sur l'une au moins de ses extrémités frontales, d'un renflement périphérique au moins (15) et/ou (16) d'une allure douce et/ou plate, une transition en douceur étant obtenue entre le renflement (15 et/ou 16) et le tube et/ ou la gaine internes (12) résiduels, avec des rayons (r_l, r₃) élevés en conséquence.

Zeichnung