SCHLEUDERRING

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Schleuderring mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1, eine Schmelzschleudervorrichtung mit einem solchen Schleuderring und ein Verfahren zur Herstellung eines Schleuderrings mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 8.

[0002] Ein gattungsgemäßer Schleuderring (engl. quenching wheel, spun wheel, spun ring, spinning wheel, rotating wheel), eine Schmelzschleudervorrichtung mit einem solchen Schleuderring und ein gattungsgemäßes Verfahren gehen aus der US 6,183,572 B1 hervor.

[0003] Problematisch ist die Tatsache, dass die Standzeit solcher Schleuderringe und damit die durchgehende Einsetzbarkeit der Schmelzschleudervorrichtung durch Rissbildung limitiert ist.

[0004] Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Werkstoffe für Schleuderringe und Verfahren zur Herstellung bekannt:

Die DE102007061964 A1 ist auf eine spezielle Molybdän-Siliziumlegierung gerichtet und erwähnt die Anwendung als Schleuderring.

Die DE60102278 T2 ist auf Nanokomposit-Magnete und deren Herstellung gerichtet. Dazu wird unter anderem aus Molybdän als Werkstoff für die Kühlwalze vorgeschlagen.

Die DE69619106 T2 beschreibt ein Kühlsubstrat aus einer Metalllegierung mit einheitlicher Größe der enthaltenen Körner. Zur Herstellung des Kühlsubstrats wird eine Kühlsubstratlegierung zu einem Gussblock gegossen und der Gussblock geschmiedet oder gewalzt.

Die DE10392662 T5 zeigt ein Kupfer-Nickel-Silizium-Abschrecksubstrat. Durch thermo-mechanische Behandlung wird eine zweiphasige Mikrostruktur eingestellt.

Aus der DE112004001542 B4 ist ein Kuper-Nickel-Silizium-Abschrecksubstrat und ein Verfahren zur Herstellung bekannt, bei dem durch Umformung wie etwa Ringwalzen gleichförmig Nukleation und Kornwachstum im gesamten Bauteil induziert wird.

[0005] Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines gattungsgemäßen Schleuderrings, einer Schmelzschleudervorrichtung mit einem solchen Schleuderring und eines Verfahrens zur Herstellung eines Schleuderrings, bei welchen die oben diskutierten Probleme vermieden werden.

[0006] Diese Aufgabe wird durch einen Schleuderring mit den Merkmalen des Anspruchs 1, eine Schmelzschleudervorrichtung mit einem solchen Schleuderring und ein Verfahren zur Herstellung eines Schleuderrings mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.

[0007] Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine Vielzahl von tangential verlaufenden Korngrenzen die angesprochene Rissbildung begünstigt. Eine axiale Hauptumformrichtung wie im Stand der Technik führt zu starker Rissbildung vor allem entlang der tangentialen Richtung, bevorzugt auf der Umfangsfläche. Durch eine Verlagerung der Hauptumformrichtung in die radiale Richtung wird die Anzahl der Korngrenzen in tangentialer Richtung auf der Umfangsfläche und damit die Neigung zur Rissbildung reduziert.

[0008] Unter Refraktärmetall sind für den Zweck der vorliegenden Erfindung die Metalle Wolfram und Molybdän zu verstehen. Unter Refraktärmetall-Basislegierungen sind Legierungen auf Basis eines oder mehrerer der genannten Refraktärmetalle zu verstehen, wobei der Anteil an Refraktärmetall oder Refraktärmetallen größer 50 at%, bevorzugt größer 80 at%, weiter bevorzugt größer 95 at% ist. Es versteht sich von selbst, dass ein Refraktärmetall oder eine Refraktärmetall-Basislegierung auch übliche Verunreinigungen enthalten können, die aus den Rohstoffen stammen beziehungsweise über den Produktionsprozess eingebracht werden.

[0009] Besonders bevorzugt ist es, wenn der Schleuderring aus einer Molybdän-Basislegierung besteht.

[0010] Weiter bevorzugt ist es, wenn der Schleuderring aus einer Molybdän-Basislegierung mit größer gleich 99 at% Molybdän, oder aus MHC oder aus TZM besteht. Mit MHC wird eine Molybdän Basislegierung, die etwa 1,2 wt% Hafnium, sowie 0,05 bis 0,12 wt% Kohlenstoff enthält, bezeichnet. Mit TZM wird eine Molybdän Basislegierung, die 0,4 bis 0,55 wt% Titan, 0,06 bis 0,12 wt% Zirkon und 0,01 bis 0,04 wt% Kohlenstoff enthält, bezeichnet.

[0011] Die besondere Eignung von TZM als Legierung für einen erfindungsgemäßen Schleuderring kann durch mehrere Einflussfaktoren begründet werden. Zum einen besitzt die Legierung TZM bereits durch die verwendeten Legierungselemente besonders günstige mechanische Eigenschaften und verbesserte Hochtemperatureigenschaften, zum anderen wird durch einen Umformgrad, der in radialer Richtung größer als jener in axialer Richtung ist, eine vorteilhafte Mikrostruktur eingestellt. Besonders vorteilhaft ist weiter die gegenüber Molybdän erhöhte Korngrenzenfestigkeit von TZM.

[0012] MHC weist ebenfalls verbesserte mechanische Eigenschaften auf, die zum Teil durch die Mischkristallverfestigung des Molybdäns mit Hafnium zu begründen sind. MHC weist weiters zusätzlich im Vergleich zum TZM verbesserte Hochtemperatureigenschaften auf.

[0013] Das Maß an Streckung der Körner einer Mikrostruktur kann durch das sogenannte Kornstreckungsverhältnis (engl. grain aspect ratio) beschrieben werden, welches das Verhältnis von Kornlänge zu Kornbreite angibt.

[0014] Das durchschnittliche umfangsseitige Kornstreckungsverhältnis (ku) ergibt sich bei Draufsicht auf die Umfangsfläche, das durchschnittliche stirnseitige Kornstreckungsverhältnis (ks) ergibt sich bei Draufsicht auf eine der Stirnseiten wie unten beschrieben.

[0015] Für die Erfindung ist vorgesehen (wobei stets ku kleiner ks gilt):

1 < ku < 1,7 und ks ≥ 1,8. Offenbart wird ferner 1 < ku < 1,4

ks ≥ 1,5.

[0016] Durch die stärkere Umformung in radialer Richtung können gegebenenfalls im Bereich der Stirnseiten des Grundkörpers mehr Korngrenzen vorliegen, was aber für die Standzeit des Schleuderrings irrelevant ist.

[0017] Die Erfindung hat auch vorteilhafte Auswirkungen auf die mittlere Korngröße (d_mean), die in Anlehnung an die ASTM E 112 nach dem Linienschnittverfahren gemessen wird und die auf der Umfangsfläche beispielsweise kleiner als 500 µm, vorzugsweise kleiner als 200 µm, besonders bevorzugt kleiner als 100 µm ist.

[0018] Es hat sich herausgestellt, dass der Grundkörper normal zur Umfangsfläche die Vorzugsorientierung(en) <111> und/oder <100> aufweisen kann. Günstig ist das Nichtvorhandensein einer <101> Vorzugsorientierung normal zur Umfangsfläche.

[0019] Weiter bevorzugt ist eine Vorzugsorientierung normal zur Umfangsfläche in <111> Richtung mit einer Intensität größer 1,5-fach der Untergrundintensität.

[0020] Die Kristallorientierung, auch als Vorzugsorientierung oder Umformtextur bezeichnet, wird bevorzugt mittels SEM (Scanning electron microscope / Rasterelektronenmikroskop) und EBSD (Electron backscatter diffraction / Rückstreuelektronenbeugung) ermittelt. Die Probe (normal zur Umfangsfläche) wird dazu in einem Winkel von 70° gekippt. Der einfallende Primärelektronenstrahl wird inelastisch an den Atomen der Probe gestreut. Wenn nun manche Elektronen so auf Gitterflächen treffen, dass die Bragg Bedingung erfüllt ist, kommt es zu konstruktiver Interferenz. Diese Verstärkung geschieht für alle Gitterflächen im Kristall, sodass das entstehende Beugungsbild (engl. electron backscatter pattern, auch Kikuchi Pattern) alle Winkelbeziehungen im Kristall und somit auch die Kristallsymmetrie beinhaltet. Die Messung wird dabei unter den folgenden Bedingungen durchgeführt:

• Beschleunigungsspannung: 20 kV,
• Blende 120 µm,
• Arbeitsabstand 15 mm
• Hochstrommodus - aktiviert
• Gescannte Fläche: 1690 × 1690 µm².
• Indexschrittweite: 2 µm.

[0021] Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Figuren diskutiert. Es zeigen:

Fig. 1

eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Schleuderrings

Fig. 2

eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Schmelzschleudervorrichtung

Fig. 3a, 3b

eine schematische Veranschaulichung des Erfindungsgedankens, a) Stand der Technik, b) erfindungsgemäßer Schleuderring, Kantenlänge des Gefügeausschnitts (Würfel) 500 µm

Fig. 4

ein lichtmikroskopisches Schnittbild zur Erfindung (Umfangsfläche, geätzt)

Fig. 5

ein lichtmikroskopisches Schnittbild zum Stand der Technik (Umfangsfläche, geätzt)

Fig. 6a - 6f

Darstellungen zu verschiedenen für die Erfindung in Frage kommenden mechanischen Umformverfahren

Fig. 7a, 7b

eine schematische Veranschaulichung zur Entnahme der Proben für die metallographischen Untersuchungen

Fig. 8a, 8b

ein Referenzbeispiel der Erfindung zur Umfangsfläche (a) und zur Stirnfläche (b) inklusive Linienmuster für quantitative Gefügeauswertung

[0022] Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Schleuderring 1, wobei die axiale Richtung A, die radiale Richtung R und die tangentiale Richtung T eingezeichnet wurden. Der Schleuderring 1 weist einen zylindrischen Grundkörper auf, dessen Umfangsfläche 2 von zwei Stirnseiten 3 begrenzt wird. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Schleuderring 1 zur Materialersparnis als Hohlzylinder ausgebildet. In den inneren Hohlraum kann eine Antriebsvorrichtung zum Antreiben des Schleuderrings 1 eingreifen. Wie angedeutet, verläuft die Kornstreckung auf den Stirnseiten des Schleuderrings primär in tangentialer Richtung T.

[0023] Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Schmelzschleudervorrichtung. Dabei ist der in der Fig. 1 beschriebene Schleuderring 1 mit einer Antriebseinheit (welche aus Gründen der Übersicht nicht dargestellt ist) verbunden, welche eine Rotation des Schleuderringes 1 um seine rotationssymmetrische Achse hervorruft. Der Schleuderring 1 wird dabei durch eine Kühlvorrichtung (welche aus Gründen der Übersicht nicht dargestellt ist) gekühlt. Eine solche Kühlung des Schleuderringes kann beispielsweise durch eine Luftkühlung, Wasserkühlung oder durch ein anderes Medium ausgeführt sein, welches entweder an die Umfangsfläche 2 des Schleuderringes herangeführt wird oder an seiner Innenseite. Durch eine Einrichtung 5 zur Aufbringung von Schmelze 20 wird Schmelze 20 auf die Umfangsfläche 2 des Schleuderringes 1 aufgebracht. Diese ist in diesem Beispiel so ausgeführt, dass Schmelze 20 in das Innere der Einrichtung 5 zur Aufbringung von Schmelze 20 eingebracht wird und anschließend eine Druckkraft P auf die Schmelze 20 ausgeübt wird, sodass sie die Einrichtung 5 zur Aufbringung von Schmelze 20 über eine Aufbringdüse 21 verlässt. Die Schmelze 20 erstarrt durch Wärmeübertragung, indem sie Wärme an den kühlen Schleuderring 1 abgibt und wird von ihm mitgenommen, bis die Schmelze 20 durch die Zentrifugalkraft des rotierenden Schleuderringes 1 abgeworfen wird.

[0024] Figuren 3a und 3b veranschaulichen den Erfindungsgedanken, wobei Figur 3a die Gefügeausprägung bei einem Schleuderring nach Stand der Technik und Figur 3b die Gefügeausprägung bei einem erfindungsgemäßen Schleuderring zeigt. Dargestellt ist jeweils ein würfelförmiger Gefügeausschnitt mit einer Kantenlänge von 500 µm. Die Lage des Gefügeausschnitts bezüglich der Richtungen im Schleuderring ist über das Koordinatensystem angegeben.

[0025] Im Stand der Technik erfolgt die Hauptumformung in axialer Richtung A. Das sich einstellende Gefüge ist von einer Vielzahl an in tangentialer Richtung T verlaufenden Korngrenzen geprägt, siehe Figur 3a. Diese Gefügecharakteristik begünstigt eine Rissbildung an der Umfangsfläche des Schleuderrings.

[0026] Durch eine Verlagerung der Hauptumformrichtung in die radiale Richtung R wird die Anzahl der Korngrenzen in tangentialer Richtung T auf der Umfangsfläche und damit die Neigung zur Rissbildung reduziert. Diese Gefügeausprägung bei einem erfindungsgemäßen Schleuderring ist in Figur 3b gezeigt.

[0027] Weil der Grundkörper des Schleuderrings 1 in einem mechanischen Umformungsverfahren hergestellt wurde, dessen Hauptumformrichtung H so gewählt wurde, dass sie in der radialen Richtung R des fertigen Schleuderrings 1 verläuft, weist die Umfangsfläche 2 des Schleuderrings 1 eine weit geringere Anzahl an Korngrenzen auf als dies beim Stand der Technik der Fall ist. Dies ist besonders gut anhand eines Vergleichs der Fig. 4 und 5 erkennbar.

[0028] Beide Figuren zeigen lichtmikroskopische Aufnahmen von geätzten Schnitten, die von der Umfangsfläche 2 eines Schleuderrings 1 gemäß der Erfindung (Fig. 4) bzw. gemäß Stand der Technik (Fig. 5) genommen wurden. Bei der Erfindung liegen auf der Umfangsfläche erkennbar viel weniger Korngrenzen vor, was die Bildung von Rissen entlang von Korngrenzen (vor allem aufgrund der thermischen Belastung durch die auftreffende Schmelze) erschwert.

[0029] Die Bestimmung der durchschnittlichen umfangsseitigen und stirnseitigen Kornstreckungsverhältnisse k_u und k_s, sowie auch der mittleren Korngröße dmean, erfolgt durch lichtmikroskopische Auswertung an metallographischen Schliffen.

[0030] Figuren 7a und 7b veranschaulichen die Position der Probenentnahme von Proben für die metallographischen Untersuchungen an einem Schleuderring 1. Figur 7a zeigt einen Schnitt parallel zur Stirnseite 3 zur Verdeutlichung der Probenstärke zwischen 2 und 5mm, Figur 7b einen Querschnitt des Schleuderrings 1 senkrecht zur tangentialen Richtung T.
Die Proben für die lichtmikroskopischen Untersuchungen wurden an der Umfangsfläche 2 im einem Abstand von 0,25 bis 0,75 mal der Ringhöhe entnommen (Fig. 7b), um Kanteneffekte aus der Randzone des Materials so weit als möglich zu vermeiden. Der Entnahmebereich ist mit "sample" gekennzeichnet. Die Präparation und Betrachtung der Probe erfolgte an der radial innen liegenden Seite der Probe. Die Betrachtungsrichtung ist mit dem Buchstaben B in der Figur 7b gekennzeichnet.

[0031] Die Präparation der metallographischen Proben erfolgte wie folgt:

• Einbetten in Bakelitkörper Ø32mm bei einer Temperatur von 180 °C und Kraft von 20 kN
• Nasschleifen auf SiC- Papier mit den Körnungen 120, 320, 600, 800, 1500, 2400 für jeweils 30 Sekunden
• Polieren:

  ∘ 3 µm Diamantsuspension auf Poliertuch

  ∘ 1 µm Diamantspray auf Poliertuch

  ∘ 0,1 µm OPS Poliertuch

  ∘ Anpressdruck 10N, Dauer 30 min, Drehzahl 30 U/min

[0032] Die präparierten Schliffproben wurden an LEICA Lichtmikroskopen (beispielsweise LEICA DMI 5000 M) untersucht. Zur Untersuchung der Korngröße und Kornstreckung wurden an den polierten Proben Korngrenzenätzungen mittels Murakami Ätzlösung durchgeführt. Die Murakami Ätzlösung besteht aus Kaliumhydroxid KOH und Kaliumferrizyanid K3[Fe(CN)6].

[0033] Die quantitative Auswertung der mittleren Korngröße wurde in Anlehnung an das Linienschnittverfahren nach ASTM E112 durchgeführt. Dazu werden Bilder mit 200-facher Vergrößerung aufgenommen und jeweils die Anzahl der Korngrenzen in axialer und tangentialer Richtung, wenn es sich um die Umfangsfläche und die Bestimmung von k_u handelt, bzw. in radialer und tangentialer Richtung, wenn es sich um eine der Stirnseiten und die Bestimmung von k_s handelt, ausgezählt. Dabei werden die Korngrenzen an äquidistanten 1500 µm langen Linien, die in einem Abstand von mindestens 100 µm in beide die Bildebene aufspannenden Richtungen (Umfangsfläche: axial und tangential bzw. Stirnseiten: radial und tangential) in die Bildebene gelegt werden, gezählt. Für eine ausreichende Statistik kann neben einer reduzierten Bildvergrößerung pro Schliffbildaufnahme auch die Anzahl der Schliffbildaufnahmen je Probe erhöht werden.

[0034] Die (richtungsunabhängigen) Kornstreckungsverhältnisse k_u für die Umfangsfläche, bzw. k_s für die Stirnfläche ergeben sich aus dem Verhältnis der ermittelten größeren Anzahl der Korngrenzen dividiert durch die geringere Anzahl der Korngrenzen. In der beschriebenen Auswertungsmethodik ist darauf zu achten, dass der Wert für die Richtung mit der größeren Anzahl an Korngrenzen durch den Wert für die Richtung mit der geringeren Anzahl an Korngrenzen dividiert wird.

[0035] Die mittlere Korngröße dmean ergibt sich aus dem Mittelwert der beiden mittleren Korngrößen jeder Messrichtung in Anlehnung an die Auswertemethodik nach ASTM E112.

[0036] Die Fig. 8a zeigt ein Referenzbeispiel für eine Auswertung der Umfangsfläche:

∘ Horizontale Linien = Axialrichtung:

27 Korngrenzen

Mittlere Korngröße 55,6µm

∘ Vertikale Linien = Tangentialrichtung:

25 Korngrenzen

Mittlere Korngröße 60,0 µm

∘ Kornstreckung k_u =27:25=1,08

∘ Gemittelte Korngröße dmean = (55,6 µm+60,0 µm)/2 = 57,7 µm

[0037] Die Fig. 8b zeigt ein Referenzbeispiel für eine Auswertung der Stirnfläche:

∘ Horizontale Linien = Tangentialrichtung:

21 Korngrenzen

Mittlere Korngröße 71,4 µm (nach ASTM E112 Linienschnitt)

∘ Vertikale Linien = Radialrichtung:

47 Korngrenzen

Mittlere Korngröße 31,9 µm (nach ASTM E112 Linienschnitt)

∘ Kornstreckung k_s = 47:21 = 2,24

∘ Gemittelte Korngröße dmean = (71,4 µm+31,9 µm)/2 = 44,1 µm

[0038] Fig. 6a - 6f zeigen Darstellungen zu verschiedenen für die Erfindung in Frage kommenden mechanischen Umformverfahren.

[0039] Dabei zeigt Fig. 6a ein Radialschmiedeverfahren mit der Option Radialrohrschmieden. Das Radialschmieden stellt ein Freiformen zur Querschnittsverjüngung an Stäben oder wie im Beispiel der Fig. 6a gezeigt Rohren aus Metallen dar. Bei diesem Verfahren wird das Ausgangswerkstück 10 von zwei oder mehreren Werkzeugsegmenten 6, welche den zu bearbeitenden Querschnitt ganz oder nur zum Teil umschließen, bearbeitet. Die Werkzeugsegmente 6 weisen dabei eine sich verjüngende Form auf. Das Ausgangswerkstück 10 rotiert während des Schmiedeprozesses um seine eigene Achse und führt eine Vorschubbewegung entlang seiner Längsrichtung aus, wie durch die Pfeile gezeigt ist. Die Werkzeugsegmente 6 führen dabei eine "hämmernde" Bewegung aus, indem sie in radialer Richtung eine schwingende Bewegung ausführen, wie ebenfalls durch die Pfeife angedeutet ist. Durch die "hämmernde" Bewegung wird dabei das Ausgangswerkstück 10 durch die Werkzeugsegmente 6 zu einem Werkstück 7 mit geringerer Querschnittsfläche umgeformt. Der gewünschte Innendurchmesser des hierbei bearbeiteten Werkstückes 7 wird durch den gezeigten Dorn 8 sichergestellt. Durch einen anschließenden Ablängprozess (beispielsweise durch Sägen oder Drehen), kann das Rohr zu einem Schleuderring 1 weiterverarbeitet werden. Es ist gut erkennbar, wie die Hauptumformrichtung H der radialen Richtung R entspricht.

[0040] Fig. 6b zeigt ein Strangpressverfahren. Hierbei wird ein Ausgangswerkstück 10 mithilfe eines Stempels 11 durch eine Matrize 9 gedrückt, welche einen Querschnitt aufweist, der jenen des herzustellenden Werkstückes 7 entspricht. Bei der Herstellung eines Rohres (hier im Speziellen als rotationssymmetrisches Rohr ausgebildet) kann ein Dorn 8 eingesetzt werden, welcher mit dem Stempel 11 verbunden ist oder mit dem Stempel 11 einstückig ausgebildet ist. Anschließend an das Strangpressverfahren kann durch einen Ablängprozess das Rohr zu einem erfindungsgemäßen Schleuderring 1 weiterverarbeitet werden. Die Hauptumformrichtung H entspricht der radialen Richtung R, wodurch die Merkmale eines erfindungsgemäßen Schleuderrings erzielt werden.

[0041] Fig. 6c zeigt einen Walzprozess, bei dem ein ebenes, in der am Rohr resultierenden Radialrichtung vorverformtes Walzblech 19 durch eine Anordnung von Walzen 12 in eine Rohrform gebracht wird. Anschließend werden die Enden optional durch Fügen stoff-, form- bzw. kraftschlüssig miteinander verbunden (beispielsweise Schweißen, Löten, Kleben) und das Rohr kann durch Ablängen zu einem erfindungsgemäßen Schleuderring 1 weiterverarbeitet werden. Auch hier entspricht die Hauptumformrichtung H der radialen Richtung R des Bleches 19.

[0042] Beim Rohrwalzen, wie in Fig. 6d gezeigt, wird ein Ausgangswerkstück 10 zwischen zwei Walzen 13 hindurchgeführt, welche eine gleichsinnige Rotationsbewegung ausführen. Diese Walzen 13 sind mit ihren Rotationsachsen windschief zu einer Rotationsachse des Werkstückes 7 ausgerichtet. Somit wird einerseits eine gegengleiche Rotation des Werkstückes 7 in Bezug zu den Walzen 13 sowie eine plastische Verformung des Ausgangswerkstückes 10 zum resultierenden Werkstück 7 erzielt. Es kann, wie hier dargestellt, ein Dorn 8 vorgesehen sein. Anschließend kann das Werkstück 7, bzw. Rohr durch Ablängen zu einem erfindungsgemäßen Schleuderring 1 weiterverarbeitet werden. Es ist gut zu erkennen, wie die Hauptumformrichtung H der radialen Richtung R entspricht, um einen erfindungsgemäßen Schleuderring herzustellen.

[0043] In Fig. 6e ist ein Ringschmiedeprozess gezeigt. Hierbei wird das ringförmig vorliegende Ausgangswerkstück 10 auf einen Dorn 14 aufgebracht. Auf das Werkstück 7 wird durch eine Schmiedepresse/Schmiedehammer 15 eine Druckkraft ausgeübt, wodurch eine Verformung hervorgerufen wird. Nach Entlasten des Werkstückes 7 wird dieses um einen gewählten Winkel weitergedreht und abermals eine Druckkraft durch eine Schmiedepresse/Schmiedehammer 15 auf das Werkstück ausgeübt. Auch hier entspricht - wie bei einem erfindungsgemäßen Schleuderring 1 gefordert - die Hauptumformrichtung H der radialen Richtung R.

[0044] In Fig. 6f ist ein Ringwalzprozess gezeigt. Hierbei liegt das Ausgangswerkstück 10 bereits als Ring vor. Dieses Werkstück 7 wird mit Hilfe einer Dornwalze 16 und einer Hauptwalze 17 in radialer Richtung verformt. Durch die Axialwalzen 18 kann dabei eine Verformung des Wegstückes 7 in axiale Richtung kontrolliert werden. Dieser Prozess wird vorwiegend als Warmumformung durchgeführt. Nach dem Ringwalzprozess kann das Werkstück 7 - ein erfindungsgemäßer Schleuderring 1 - mithilfe spanender Fertigungstechniken (wie zum Beispiel Drehen) weiterverarbeitet werden. Dabei entspricht die Hauptumformrichtung H der radialen Richtung R.

[0045] Natürlich sind auch noch andere Fertigungsverfahren denkbar. So könnte durchaus auch aus einem gewalzten Blech ein erfindungsgemäßer Schleuderring hergestellt werden, indem das ein gewalztes Blech tiefgezogen wird oder durch Fließdrücken bzw. Drücken verarbeitet, wird wobei darauf zu achten ist, dass sich die Hauptumformrichtung H des Ausgangsblechmaterials in die resultierende radiale Richtung R des erfindungsgemäßen Schleuderringes 1 erstreckt. Nach dem Fließdrücken oder Drücken muss/kann der Boden des entstehenden Werkstückes abgetrennt werden um einen Ring zu erhalten.

Bezugszeichenliste:

[0046] 

1

Schleuderring

2

Umfangsfläche des Schleuderrings

3

Stirnseite des Schleuderrings

4

Schmelzschleudervorrichtung

5

Einrichtung zur Abgabe einer Schmelze

6

Werkzeugsegment

7

Werkstück

8

Dorn

9

Matrize

10

Ausgangswerkstück

11

Stempel

12

Walze

13

Walze

14

Dorn

15

Schmiedepresse/Schmiedehammer

16

Dornwalze

17

Hauptwalze

18

Axialwalze

19

Blech

20

Schmelze

21

Aufbringdüse

A

axiale Richtung

R

radiale Richtung

T

tangentiale Richtung

H

Hauptumformrichtung

B

Betrachtungsrichtung

P

Druckkraft

k_u

Kornstreckungsverhältnis umfangsseitig

k_s

Kornstreckungsverhältnis stirnseitig

dmean

mittlere Korngröße

Ansprüche

1. Schleuderring (1) für eine Schmelzschleudervorrichtung, mit einem zylindrischen, mechanisch umgeformten Grundkörper aus einem Refraktärmetall oder einer Refraktärmetall-Basislegierung, welcher eine in einer tangentialen Richtung (T) verlaufende Umfangsfläche (2) aufweist, die in axialer Richtung (A) durch zwei Stirnseiten (3) begrenzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Umformgrad in radialer Richtung (R) größer als der Umformgrad in axialer Richtung (A) ist, wobei das durchschnittliche umfangsseitige Kornstreckungsverhältnis, k_U, welches sich bei Draufsicht auf die Umfangsfläche (2) ergibt, kleiner ist als das durchschnittliche stirnseitige Kornstreckungsverhältnis, k_s, welches sich bei Draufsicht auf eine der Stirnseiten (3) ergibt, wobei das Kornstreckungsverhältnis das Verhältnis von Kornlänge zu Kornbreite angibt, bestimmbar nach der Messmethode gemäß Beschreibung, wobei das Kornstreckungsverhältnis ku in einem Bereich von 1 < ku < 1,7 liegt, und wobei das Kornstreckungsverhältnis k_s in einem Bereich von k_s ≥ 1,8 liegt.

2. Schleuderring nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die mittlere Korngröße, d_mean, nach dem Linienschnittverfahren nach ASTM E 112 auf der Umfangsseite kleiner als 500 µm ist.

3. Schleuderring nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Grundkörper (2) normal zur Umfangsfläche (2) die Vorzugsorientierung(en) <111> und/oder <100> aufweist.

4. Schleuderring nach Anspruch 3, wobei der Grundkörper (2) normal zur Umfangsfläche (2) eine Vorzugsorientierung in <111> Richtung mit einer Intensität von größer gleich 1,5-fach der Untergrundintensität aufweist.

5. Schleuderring nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, wobei dieser aus einer Molybdän Basislegierung besteht.

6. Schleuderring nach Anspruch 5, wobei dieser aus einer Molybdän Basislegierung mit größer gleich 99 at% Molybdän, MHC oder TZM besteht.

7. Schmelzschleudervorrichtung (4), insbesondere zur Seltenerdmagnetherstellung, mit zumindest einem Schleuderring (1) nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, einer Antriebsvorrichtung zum Antreiben des zumindest einen Schleuderrings (1) und einer Einrichtung (5) zur Abgabe einer Schmelze auf eine Umfangsfläche (2) des zumindest einen Schleuderrings (1).

8. Verfahren zur Herstellung eines Schleuderrings (1) nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei ein - insbesondere gesinterter - Rohling aus Refraktärmetall oder einer Refraktärmetall-Basislegierung mechanisch umgeformt wird, welcher eine in einer tangentialen Richtung (T) verlaufende Umfangsfläche (2) aufweist, die in axialer Richtung (A) durch zwei Stirnseiten (3) begrenzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Umformgrad in radialer Richtung (R) größer als der Umformgrad in axialer Richtung ist , wobei das durchschnittliche umfangsseitige Kornstreckungsverhältnis, ku, welches sich bei Draufsicht auf die Umfangsfläche (2) ergibt, kleiner ist als das durchschnittliche stirnseitige Kornstreckungsverhältnis, k_s, welches sich bei Draufsicht auf eine der Stirnseiten (3) ergibt, wobei das Kornstreckungsverhältnis das Verhältnis von Kornlänge zu Kornbreite angibt, bestimmbar nach der Messmethode gemäß Beschreibung, wobei das Kornstreckungsverhältnis ku in einem Bereich von 1 < ku < 1,7 liegt, und wobei das Kornstreckungsverhältnis k_s in einem Bereich von k_s ≥ 1,8 liegt.

9. Verfahren nach dem vorangehenden Anspruch, wobei das mechanische Umformen durch eines der Verfahren:

- Radialschmieden, bevorzugt Radialrohrschmieden

- Ringwalzen

- Strangpressen

- Ringschmieden

- Rohrwalzen

erfolgt.

10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei das mechanische Umformen durch

- Ringwalzen oder

- Ringschmieden

erfolgt.

11. Verfahren nach Anspruch 8, wobei das mechanische Umformen durch

- Walzen eines Bleches, Einrollen des gewalzten Bleches und Verbinden der Enden des Bleches erfolgt oder durch

- Tiefziehen oder Fließdrücken eines vorzugsweise gewalzten Bleches erfolgt, wobei vorzugsweise vorgesehen ist, dass ein Boden des tiefgezogenen bzw. fließgedrückten und ggf. gewalzten Bleches abgetrennt wird.

Claims

1. A slinger ring (1) for a melt spinning apparatus, comprising a cylindrical, mechanically shaped main element which is composed of a refractory metal or a refractory metal-based alloy and has a circumferential surface (2) running in a tangential direction (T), which surface is delimited in the axial direction (A) by two end faces (3), characterized in that the degree of deformation in the radial direction (R) is greater than the degree of deformation in the axial direction (A), wherein the average circumference-side grain aspect ratio ku, which is obtained in plan view onto the circumferential surface (2), is smaller than the average end-face-side grain aspect ratio k_s, which is obtained in plan view onto one of the end faces (3), with grain aspect ratio giving the ratio of grain length to grain width, determinable by the method according to the description, wherein the grain aspect ratio ku is in a range of 1 < ku < 1.7 and wherein the grain aspect ratio k_s is in a range of k_s ≥ 1.8.

2. The slinger ring as claimed in claim 1, wherein the average grain size d_mean determined by the line intercept method on the circumferential side is less than 500 µm.

3. The slinger ring as claimed in at least one of the preceding claims, wherein the main element (2) has the preferential orientation(s) <111> and/or <100> normal to the circumferential surface (2).

4. The slinger ring as claimed in claim 3, wherein the main element (2) has a preferential orientation in the <111> direction having an intensity of greater than or equal to 1.5 times the underlying intensity normal to the circumferential surface (2).

5. The slinger ring as claimed in at least one of the preceding claims, wherein the slinger ring consists of a molybdenum-based alloy.

6. The slinger ring as claimed in claim 5, wherein the slinger ring consists of a molybdenum-based alloy comprising ≥ 99 at% of molybdenum, MHC or TZM.

7. A melt spinning apparatus (4), in particular for rare earth magnet production, comprising at least one slinger ring (1) as claimed in at least one of the preceding claims, a drive device for driving the at least one slinger ring (1) and a device (5) for supplying a melt to a circumferential surface (2) of the at least one slinger ring (1).

8. A process for producing a slinger ring (1) as claimed in at least one of claims 1 to 6, wherein a blank, in particular a sintered blank, composed of refractory metal or a refractory metal-based alloy is mechanically deformed, having a circumferential surface (2) running in a tangential direction (T), which surface is delimited in the axial direction (A) by two end faces (3) characterized in that the degree of deformation in the radial direction (R) is greater than the degree of deformation in the axial direction, wherein the average circumference-side grain aspect ratio ku, which is obtained in plan view onto the circumferential surface (2), is smaller than the average end-face-side grain aspect ratio k_s, which is obtained in plan view onto one of the end faces (3), with grain aspect ratio giving the ratio of grain length to grain width, determinable by the methods according to the description, wherein the grain aspect ratio ku is in a range of 1 < ku < 1.7 and wherein the grain aspect ratio k_s is in a range of k_s ≥ 1.8.

9. The process as claimed in the preceding claim, wherein the mechanical shaping is carried out by means of one of the processes:

- radial forging, preferably radial tube forging

- ring rolling

- extrusion

- ring forging

- tube rolling.

10. The process as claimed in claim 9, wherein the mechanical shaping is carried out by:

- ring rolling or

- ring forging.

11. The process as claimed in claim 8, wherein the mechanical shaping is carried out by

- rolling of a metal sheet, rolling-up of the rolled metal sheet and joining of the ends of the metal sheet or

- is carried out by deep drawing or extrusion of a preferably rolled metal sheet, preferably with a bottom of the deep-drawn or extruded and optionally rolled metal sheet being separated off.

Revendications

1. Roue de filage (1) pour un dispositif de filage de masse fondue, comprenant un corps de base cylindrique, déformé mécaniquement, en un métal réfractaire ou un alliage à base de métal réfractaire, qui présente une surface circonférentielle (2) s'étendant dans une direction tangentielle (T), qui est délimitée dans la direction axiale (A) par deux côtés frontaux (3), caractérisée en ce que le degré de déformation dans la direction radiale (R) est supérieur au degré de déformation dans la direction axiale (A), le rapport de forme de grain circonférentiel moyen, k_U, qui résulte d'une vue de dessus de la surface circonférentielle (2), étant inférieur au rapport de forme de grain frontal moyen, k_s, qui résulte d'une vue de dessus d'un des côtés frontaux (3), le rapport de forme de grain étant le rapport entre la longueur de grain et la largeur de grain, qui peut être déterminé par la méthode de mesure selon la description, le rapport de forme de grain k_U se situant dans une plage de 1 < k_U < 1,7, et le rapport de forme de grain k_s se situant dans une plage de k_s ≥ 1,8.

2. Roue de filage selon au moins l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la taille de grain moyenne, d_mean, sur le côté circonférentiel est inférieure à 500 µm selon le procédé du segment intercepté linéaire selon l'ASTM E 112.

3. Roue de filage selon au moins l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le corps de base (2) présente la ou les orientations préférentielles <111> et/ou <100> normalement à la surface circonférentielle (2).

4. Roue de filage selon la revendication 3, dans laquelle, normalement la surface circonférentielle (2), le corps de base (2) présente une orientation préférentielle dans la direction <111> avec une intensité supérieure ou égale à 1,5 fois l'intensité de fond.

5. Roue de filage selon au moins l'une quelconque des revendications précédentes, celle-ci étant constituée d'un alliage à base de molybdène.

6. Roue de filage selon la revendication 5, celle-ci étant constituée d'un alliage à base de molybdène ayant une teneur supérieure ou égale à 99 %at en molybdène, MHC ou TZM.

7. Dispositif de filage de masse fondue (4), notamment pour la fabrication d'aimants de terres rares, comprenant au moins une roue de filage (1) selon au moins l'une quelconque des revendications précédentes, un dispositif d'entraînement pour l'entraînement de l'au moins une roue de filage (1) et un appareil (5) pour le déchargement d'une masse fondue sur une surface circonférentielle (2) de l'au moins une roue de filage (1).

8. Procédé de fabrication d'une roue de filage (1) selon au moins l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel une ébauche, notamment frittée, en métal réfractaire ou en un alliage à base de métal réfractaire est déformée mécaniquement, qui présente une surface circonférentielle (2) s'étendant dans une direction tangentielle (T), qui est délimitée dans la direction axiale (A) par deux côtés frontaux (3), caractérisé en ce que le degré de déformation dans la direction radiale (R) est supérieur au degré de déformation dans la direction axiale, le rapport de forme de grain circonférentiel moyen, k_U, qui résulte d'une vue de dessus de la surface circonférentielle (2), étant inférieur au rapport de forme de grain frontal moyen, k_s, qui résulte d'une vue de dessus d'un des côtés frontaux (3), le rapport de forme de grain étant le rapport entre la longueur de grain et la largeur de grain, qui peut être déterminé par la méthode de mesure selon la description, le rapport de forme de grain k_U se situant dans une plage de 1 < k_U < 1,7, et le rapport de forme de grain k_s se situant dans une plage de k_s ≥ 1,8.

9. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel la déformation mécanique a lieu par un des procédés suivants :

- forgeage radial, de préférence forgeage radial de tubes,

- laminage d'anneaux,

- extrusion,

- forgeage d'anneaux,

- laminage de tubes.

10. Procédé selon la revendication 9, dans lequel la déformation mécanique a lieu par

- laminage d'anneaux ou

- forgeage d'anneaux.

11. Procédé selon la revendication 8, dans lequel la déformation mécanique a lieu par

- laminage d'une tôle, enroulement de la tôle laminée et raccordement des extrémités de la tôle, ou par

- emboutissage ou fluotournage d'une tôle de préférence laminée, il étant de préférence prévu qu'un fond de la tôle emboutie ou fluotournée et éventuellement laminée soit détaché.

Zeichnung