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DD259163A1 - METHOD FOR PRODUCING COMPOSITE WORKPIECES - Google Patents

METHOD FOR PRODUCING COMPOSITE WORKPIECES Download PDF

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DD259163A1
DD259163A1 DD30118687A DD30118687A DD259163A1 DD 259163 A1 DD259163 A1 DD 259163A1 DD 30118687 A DD30118687 A DD 30118687A DD 30118687 A DD30118687 A DD 30118687A DD 259163 A1 DD259163 A1 DD 259163A1
Authority
DD
German Democratic Republic
Prior art keywords
joining
fibers
powder mixture
mixture
production
Prior art date
Application number
DD30118687A
Other languages
German (de)
Inventor
Herbert Mehlhorn
Lutz Kleppek
Original Assignee
Ilmenau Tech Hochschule
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Ilmenau Tech Hochschule filed Critical Ilmenau Tech Hochschule
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Publication of DD259163A1 publication Critical patent/DD259163A1/en

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Verbundwerkstuecken, deren Funktionsteile im Einsatzfall physikalisch sehr unterschiedlichen Belastungsarten ausgesetzt sind. Die Art der Belastung im Einsatzfall fordert angepasste Werkstoffeigenschaften. Dies kann dadurch erreicht werden, dass geometrisch bestimmte Fuegeteile mit einem formlosen Stoffgemisch und/oder gerichteten oder ungerichteten Fasern verbunden werden. Der endgueltige Gesamtstoffzusammenhalt entsteht beim Fuegen des Verbundwerkstueckes. Das formlose Stoffgemisch oder die Fasern werden also waehrend des Fuegeprozesses selbst erst in ihre gewuenschte geometrische Endform gebracht. Der Fuegeprozess wird vornehmlich durch Diffusionsschweissen oder heissisostatisches Pressen realisiert. Durch dieses Verfahren ist es moeglich, Stoffgemisch und/oder Fasern miteinander bzw. mit geometrisch bestimmten Teilen in einem Arbeitsgang zu verbinden. Durch diese Art des Fuegens werden die konstruktiven Moeglichkeiten zur Herstellung von Verbundwerkstuecken wesentlich erhoeht. Fig. 1The invention relates to a method for the production of composites whose functional parts are exposed to very different types of loads in the application. The type of load in the application calls for adapted material properties. This can be achieved by connecting geometrically determined parts of the pile to an informal mixture of substances and / or directional or non-directional fibers. The final total cohesion is created by joining the composite work piece. The shapeless substance mixture or the fibers are therefore first brought into their desired geometric final shape during the joining process itself. The joining process is realized mainly by diffusion welding or hot isostatic pressing. By this method, it is possible to combine the mixture and / or fibers with each other or with geometrically determined parts in one operation. By this way of joining, the constructive possibilities for the production of composites are substantially increased. Fig. 1

Description

Hierzu 1 Seite ZeichnungenFor this 1 page drawings

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Verbundwerkstücken, wobei die zu verbindenden Ausgangsteile einen unterschiedlichen Strukturaufbau aufweisen. Im Einsatz sind diese Verbundwerkstücke verschiedenen Belastungen unterworfen, die auf physikalisch voneinander abweichenden Beanspruchsarten herrühren.The invention relates to a method for producing composite workpieces, wherein the output parts to be connected have a different structure structure. In use, these composite workpieces are subjected to various loads resulting from physically different types of stress.

Die Herstellung dieser Verbundwerkstücke sollte vorzugsweise durch Diffusionsschweißen oder heißisostatisches Pressen erfolgen. Die Anwendung der Verbundwerkstücke erfolgt hauptsächlich in den Industriebereichen Feingerätetechnik, Glas- und Keramikindustrie, Maschinen- und Werkzeugbau, Elektrotechnik und Elektronik.The production of these composite workpieces should preferably be carried out by diffusion welding or hot isostatic pressing. The composite workpieces are mainly used in the fields of precision engineering, the glass and ceramics industry, mechanical and tool engineering, electrical engineering and electronics.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Es ist bekannt, thermische Fügeverfahren zum Verbinden fester, geometrisch bestimmter Körper einzusetzen. Das Diffusionsschweißen und das heißisostatische Pressen sind Verfahren, bei denen die zu verbindenden Werkstoffkombinationen sehr vielfältig sind.It is known to use thermal joining methods for joining solid, geometrically determined bodies. Diffusion welding and hot isostatic pressing are processes in which the material combinations to be joined are very diverse.

Die Ausgangswerkstücke weisen dabei in der Regel einen geometrisch festen Zustand auf, der sich während des Fügeprozesses im makroskopischen Bereich nicht verändert bzw. einen gezielten Umformvorgang unterliegt, wobei der Stoffzusammenhalt gleichbleibt (allgemeiner Stand der Technik).The starting workpieces generally have a geometrically solid state which does not change during the joining process in the macroscopic range or is subject to a specific forming process, the consistency of the substance remaining the same (general state of the art).

Nachteilig bei diesem Verfahren ist, daß keine formlosen Stoffteilchen bzw. Fasern mit den festen geometrischen Strukturen verbunden werden können.A disadvantage of this method is that no informal fabric particles or fibers can be connected to the solid geometric structures.

Wie in „American Machinist" Heft 10/1983 beschrieben wird, ist des weiteren bekannt, das Diffusionsschweißen gekoppelt mit dem superplastischen Umformen zur Herstellung von Wabenstrukturen einzusetzen.As described in "American Machinist", issue 10/1983, it is further known to use diffusion bonding coupled with superplastic forming to make honeycomb structures.

Nachteilig dabei ist, daß nur superplastische Werkstoffe zum Einsatz gelangen können und daß die Größe der Wabenstrukturen nicht beliebig minimiert werden kann.The disadvantage here is that only superplastic materials can be used and that the size of the honeycomb structures can not be arbitrarily minimized.

Des weiteren ist bekannt, gerichtete Fasern durch Schmelzverbinden, meist durch elektrische Entladungen bzw. Gasentladungen, wie in DE-PA 3014451, DE-OS 3133002 und DE-OS 3211848 beschrieben, zu fügen.Furthermore, it is known to add oriented fibers by fusion bonding, usually by electrical discharges or gas discharges, as described in DE-PA 3014451, DE-OS 3133002 and DE-OS 3211848.

Nachteilig dabei ist, daß die Glasfaserstruktur am Rande, d. h. in der Fügezone, einer hohen thermischen Belastung ausgesetzt ist, wobei sich die Ausgangsstruktur der Faser an dieser Stelle ändert.The disadvantage here is that the glass fiber structure at the edge, d. H. in the joining zone, is subjected to a high thermal load, wherein the initial structure of the fiber changes at this point.

In DE-PS 2231680 und DE-OS 3316001 werden Möglichkeiten des Verbindens von gerichteten Faserwerkstoffen durch mechanisches Ein- bzw. Zusammenlegen beschrieben. Diese Verfahren haben den Nachteil, daß die Packungsdichte nicht beliebig zu erhöhen und die Verbindung der einzelnen Fasern untereinander nicht stoffschlüssiger Natur ist.In DE-PS 2231680 and DE-OS 3316001 ways of connecting directional fiber materials by mechanical integration or folding are described. These methods have the disadvantage that the packing density does not increase arbitrarily and the connection of the individual fibers with each other is not cohesive nature.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziel der Erfindung ist es, eine Lösung zu schaffen, die es gestattet, bei Fügeprozessen wie Diffusionsschweißen und Hochtemperaturlöten, Verbundwerkstücke herzustellen, deren Ausgangsteile einen unterschiedlichen Strukturaufbau aufweisen. Dabei sollen Werkstücke produziert werden, die spezielle, auf deii Anwendungsfall abgestimmte Eigenschaften im Einsatz besitzen.The aim of the invention is to provide a solution which makes it possible, in joining processes such as diffusion bonding and high-temperature soldering, to produce composite parts whose starting parts have a different structural configuration. The aim is to produce workpieces that have special properties that are tailored to the particular application in use.

Das Wesen der ErfindungThe essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Fertigungstechnologie zu entwickeln, um Verbundwerkstücke herzustellen, deren einzelne Ausgangsbestandteile einen unterschiedlichen Strukturaufbau aufweisen, damit speziell auf den Anwendungszweck abgestimmte Eigenschaften des entstehenden Verbundwerkstückes realisiert werden können.The invention has for its object to develop a manufacturing technology to produce composite workpieces whose individual Ausgangsbestandteile have a different structure structure, so specifically tailored to the application properties of the resulting composite workpiece can be realized.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein oder mehrere geometrisch bestimmte Körper mit einem formlosen Stoffgemisch, z. B. Pulver und/oder mit gerichteten oder ungerichteten Fasern verbunden werden. Die vorzugsweise zur Herstellung dieser Verbundwerkstücke genutzten Fertigungsverfahren sind Diffusionsschweißen und heißisostatisches Pressen. Der technologische Zyklus muß dabei so ablaufen, daß sowohl die Verbindungsstelle von geometrisch bestimmten Körper und Stoffgemisch als auch das gesamte Volumen des formlosen Stoffgemischs auf Fügetemperatur erwärmt und diese Temperatur über einen bestimmten Zeitraum (Fügedauer) gehalten wird. Das Erwärmen des gesamten formlosen Stoffgemischs ist erforderlich, um die zur Festigkeit des Werkstoffverbundes notwendigen atomaren bzw. molekularen Verbindungsprozesse ablaufen zu lassen.According to the invention the object is achieved in that one or more geometrically determined body with an informal mixture, for. As powder and / or be connected with directional or non-directional fibers. The manufacturing methods preferably used for the production of these composite workpieces are diffusion welding and hot isostatic pressing. The technological cycle must proceed in such a way that both the joint of geometrically determined body and substance mixture and the entire volume of the informal mixture of substances heated to bonding temperature and this temperature over a certain period of time (joining time) is maintained. The heating of the entire formless mixture of substances is required in order to proceed to the atomic or molecular bonding processes necessary for the strength of the composite material.

Beim Diffusionsschweißen und heißisostatischem Pressen ist zur Verbindungsbildung des weiteren ein Arbeitsdruck notwendig, der die einzelnen Komponenten des herzustellenden Verbundwerkstücks einander möglichst maximal nähert. Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es daher notwendig, bei Einsatz von formlosen Stoffgemischen eine dem Endzustand des Verbundwerkstückes entsprechende Fügeteilform (Fügewerkzeug) zu verwenden. Der zum Verfahren notwendige Arbeitsdruck, die Fügetemperatur und die Fügedauer sind dabei so wählbar, daß zwischen geometrisch bestimmtem Körper und dem Fügedruck aus dem formlosen Stoffgemisch hinsichtlich des Grades der Raumerfüllung kein Unterschied besteht oder das Fügeprodukt aus dem formlosen Stoff eine gewisse Porigkeit aufweist. Dieser Effekt ist insbesondere durch ein gezielt wirkendes Druck- oder Temperaturfeld über das herzustellende Gesamtwerkstück zu erreichen.In diffusion bonding and hot isostatic pressing, a working pressure is necessary for connecting the other, which approaches the individual components of the composite workpiece to be produced as closely as possible. When using the method according to the invention, it is therefore necessary, when using informal substance mixtures, to use a joining part shape (joining tool) corresponding to the final state of the composite workpiece. The working pressure necessary for the method, the joining temperature and the joining time are chosen so that there is no difference between geometrically determined body and the joining pressure from the formless mixture with respect to the degree of space filling or the joining product of the formless material has a certain porosity. This effect can be achieved in particular by a targeted pressure or temperature field over the Gesamttwerkstück to be produced.

Das Verbinden untereinander bzw. mit geometrisch bestimmten Körpern hat ebenfalls in einem Werkzeug zu erfolgen, um die möglichst gute Annäherung der einzelnen Fasern (im Normalfall Linienberührung) zu erreichen. Der Grad der Raumerfüllung beim Fügen von Fasern ist abhängig von den bereits genannten technologischen Parametern, dem Faserwerkstoff und der Fasergeometrie.The connection with each other or with geometrically determined bodies also has to be done in a tool in order to achieve the best possible approximation of the individual fibers (normally line contact). The degree of space filling when joining fibers depends on the already mentioned technological parameters, the fiber material and the fiber geometry.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, beschichtete oder unbeschichtete Werkstücke zu fügen. Ob eine Beschichtung notwendig ist, hängt von den Werkstoffparametern, der Mischbarkeit der Stoffe und vom technologischen Zyklus ab.By the method according to the invention it is possible to add coated or uncoated workpieces. Whether a coating is necessary depends on the material parameters, the miscibility of the substances and the technological cycle.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung sei an Hand der in den Figuren 1, 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei zeigen:The invention will be explained in more detail with reference to the embodiments illustrated in Figures 1, 2 and 3. Showing:

Figur"!: Welle mit LagerschaleFigure "!: shaft with bearing shell

Figur2: Filter aus Faserwerkstoff mit MetallrandFigure 2: Filter made of fiber material with metal edge

Figur3: Filter aus Faserwerkstoff ohne MetallrandFigure 3: Filter made of fiber material without metal edge

Wie aus FiguM ersichtlich, wird die Lagerung einer rotierenden Welle 1 derart ausgebildet, daß die Lagerschale aus zwei unterschiedlichen Werkstoffen besteht. Innen, d.h. an der Reibungsfläche zwischen Welle und Lager, wird ein poröses Gußeisen 2 verwendet, das bestimmte Notlaufeigenschaften gewährleistet. Auf diesem Gußteil 2 sitzt als Verbindungsstück zu angrenzenden Geräteteilen ein Druckstück 3 aus einer korrosionsbeständigen und hochtemperaturfesten Pneudolegierung. Die Lagerschale, aus den Teilen 2 und 3 bestehend, wurde durch Diffusionsschweißen hergestellt. Die Ausführung aus Gußeisen und Pseudolegierung wurde speziell auf den Anwendungsfall abgestimmt, d.h. einmal konnte das Notlaufverfahren der Lagerschale verbessert und andererseits die Außenseite der Lagerschale durch ein hochverschleißfestes Material vor den äußeren sehr aggressiven Einsatzbedingungen geschützt werden.As can be seen from FiguM, the bearing of a rotating shaft 1 is formed such that the bearing shell consists of two different materials. Inside, i. on the friction surface between shaft and bearing, a porous cast iron 2 is used, which ensures certain emergency running properties. On this casting 2 sits as a connector to adjacent equipment parts a pressure piece 3 made of a corrosion-resistant and high temperature resistant Pneudolegierung. The bearing shell, consisting of parts 2 and 3, was manufactured by diffusion welding. The cast iron and pseudo alloy version was specially adapted to the application, i. once the emergency running procedure of the bearing shell could be improved and on the other hand the outside of the bearing shell could be protected by a highly wear-resistant material against the very aggressive external operating conditions.

Figur 2 zeigt die Möglichkeit des Verbindens von Faserteil en 5 und 6 mit einem geometrisch bestimmten Körper, dem Meta Il ring 4. Die Lage und die Anzahl der Fasern ist je nach dem gewünschten Anwendungszweck sehr verschieden. Ein ähnliches Beispiel zeigtauch Figur3, bei der2 unterschiedlich gerichtete Fasern ohne Metalleinfassung verbunden werden. Auch hier kann Art, Anzahl und Ausrichtung der Fasern je nach Verwendungszweck unterschiedlich sein. Bei ungerichteten Fasern, die gefügt werden sollen, ist nur Art und Anzahl (Packungsdichte) für den späteren Anwendungszweck interessant.FIG. 2 shows the possibility of connecting fiber parts 5 and 6 with a geometrically determined body, the metal ring 4. The position and the number of fibers varies greatly depending on the desired application. A similar example is shown in FIG. 3, in which 2 differently oriented fibers are joined without metal cladding. Again, the type, number and orientation of the fibers can be different depending on the purpose. For undirected fibers to be joined, only the type and number (packing density) is interesting for the later application.

Claims (3)

1. Verfahren zur Herstellung von Verbundwerkstücken, deren Funktionsteile im Einsatzfall physikalisch sehr unterschiedlichen Belastungsarten ausgesetzt sind, insbesondere herzustellen durch Diffusionsschweißen oder heißisostatisches Pressen, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangswerkstoffe aus geometrisch bestimmten Körpern und Puivergemischen bestehen, wobei in einem Werkzeug unter Wirkung der Arbeitsparameter (Druck, Temperatur, Zeit) gleichzeitig 2 Fertigungsprozesse ablaufen, dahingehend, daß durch Sintern aus dem Pulvergemisch ein kompakter Körper entsteht und eine Verbindung aus geometrisch vorliegendem Körper und Pulvergemisch realisiert wird, wobei für die Kopplung dieser Verfahren nur eine Fertigungseinrichtung benötigt wird.1. A process for the production of composite parts whose functional parts are exposed in the application physically very different types of stress, in particular by diffusion welding or hot isostatic pressing, characterized in that the starting materials of geometrically determined bodies and Puivergemischen consist, being in a tool under the action of the working parameters ( Pressure, temperature, time) run simultaneously 2 manufacturing processes, to the effect that a compact body is formed by sintering from the powder mixture and a combination of geometrically existing body and powder mixture is realized, for the coupling of these methods, only one manufacturing device is needed. 2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch Veränderung eines oder mehrerer Arbeitsparameter die Dichte des sich zu einem festen Körper verbindenden Pulvergemisches so variiert wird, daß eine definierte Porigkeit entsteht.2. The method according to claim 1, characterized in that by varying one or more operating parameters, the density of the powder mixture which connects to a solid body is varied so that a defined porosity is formed. 3. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle des Pulvergemisches gerichtete oder ungerichtete Faserstrukturen verbunden werden.3. The method according to claim 1, characterized in that in place of the powder mixture directed or non-directional fiber structures are connected.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT409599B (en) * 1999-04-19 2002-09-25 Boehler Ybbstal Band Gmbh & Co Composite body used in the production of saw blades and saw bands for metal processing consists of two metallic parts having a different material composition and detachedly connected together

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT409599B (en) * 1999-04-19 2002-09-25 Boehler Ybbstal Band Gmbh & Co Composite body used in the production of saw blades and saw bands for metal processing consists of two metallic parts having a different material composition and detachedly connected together

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