DE4012163A1

DE4012163A1 - METHOD FOR PRODUCING TANTALE HOLLOW BODIES

Info

Publication number: DE4012163A1
Application number: DE19904012163
Authority: DE
Inventors: Michael Dr Hoermann; David Francis Dr Lupton; Otto Bach; Andreas Graeber
Original assignee: WC Heraus GmbH and Co KG
Current assignee: WC Heraus GmbH and Co KG
Priority date: 1990-04-14
Filing date: 1990-04-14
Publication date: 1991-10-17
Also published as: EP0452541A2; EP0452541A3

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Hohlkörpern aus Tantal durch Kaltumformen unter Verwendung eines Stempels.The invention relates to a method for producing hollow bodies made of tantalum by cold forming using a stamp.

Ein Verfahren der vorstehend charakterisierten Art ist z. B. aus der Zeit schrift Umformtechnik 15 (1981) 3, Seite 31 ff., bekannt. Darin wird die kaltumformende Bearbeitung, insbesondere das Kaltfließpressen von Tantal, beschrieben. Die Umformung erfolgte in vier einzelnen Stufen auf einer stehen den Kurbelpresse. Hinreichende Ergebnisse zum Unterbinden der Verschweißnei gung von Tantal mit den Aktivteilen der Presse waren nur durch Kombination mehrerer Maßnahmen erreichbar, wozu der Einsatz anderer Werkstoffe als Chrom-Kaltarbeitsstahl für die Aktivteile, deren zusätzliche Oberflächenbe handlung, eine Oberflächenbehandlung der Ausgangsformen sowie deren Schmierung mit einem Schmierstoffgemisch gehörten.A method of the type characterized above is e.g. B. from time writing Umformtechnik 15 (1981) 3, page 31 ff., known. In it the cold forming, especially cold extrusion of tantalum, described. The forming took place in four individual stages on one stand the crank press. Adequate results to prevent welding tantalum with the active parts of the press could only be combined several measures can be achieved, for which the use of materials other than Chrome cold work steel for the active parts, their additional surface action, a surface treatment of the original shapes and their lubrication with a mixture of lubricants.

Aus der DE-PS 38 04 567 geht ein Verfahren zum Optimieren der Herstellung von Hohlkörpern in Form von Näpfen aus hochduktilem Tantal hervor. Hierbei wird auf einem Tantalblech ein Schmiermittelfilm angebracht, der aus einer Oxid schicht des Metalls, in die niedermolekulares Polytetrafluoräthylen eingela gert ist, besteht, und danach wird das Tantalblech mittels eines Hart metall-Stempels in einem einzigen Schritt zu dem Hohlkörper durch Rückwärts fließpressen kaltumgeformt.DE-PS 38 04 567 describes a method for optimizing the production of Hollow bodies in the form of cups made of highly ductile tantalum. Here will a film of lubricant is attached to a tantalum sheet, which consists of an oxide layer of metal into which low molecular weight polytetrafluoroethylene is inserted gert, exists, and then the tantalum sheet by means of a hard metal stamp in one step to the hollow body by backwards extrusion cold formed.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren bereitzu stellen, wobei Tantal mit großer Duktilität und feinkörniger Gefügestruktur durch Kaltumformen unter Verwendung eines Stempels in einer Stufe in rota tionssymmetrische Hohlkörper umgeformt werden soll. Die Fertigteile sollen dabei reproduzierbare geometrische Eigenschaften und komplizierte Konturen aufweisen. Die Gefügestruktur im Fertigteil soll in einem nahezu gleichen, feinkörnigen Zustand wie im hochduktilen Ausgangshalbzeug erhalten bleiben.The object of the present invention is to provide a method with tantalum with great ductility and fine-grained structure by cold forming using a stamp in one step in rota tion-symmetrical hollow body is to be reshaped. The finished parts should reproducible geometric properties and complicated contours exhibit. The microstructure in the finished part should be almost the same, fine-grained condition as in the highly ductile starting semi-finished product.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß als Ausgangsmaterial ein hochduktiles Tantal-Blech mit feiner Kornstruktur verwendet, und daß zur Erzeugung eines Gegendrucks zu dem Stempel eine unter Druck stehende Flüssigkeit verwendet wird.This object is achieved in that a highly ductile as the starting material Tantalum sheet with a fine grain structure is used, and that to produce a Back pressure to the stamp uses a pressurized liquid becomes.

Besonders vorteilhaft ist, daß die erfindungsgemäß umgeformten Teile ein homo genes Gefüge mit Quasiisotropie aufweisen, was sich in gleichmäßigen Festig keitseigenschaften, insbesondere in einer nahezu konstanten Härteverteilung in Umfangsrichtung, äußert. Derartige, gleichmäßige Festigkeitseigenschaften sind von besonderer Bedeutung, z. B. für die Hochgeschwindigkeitsumformung der rotationssymmetrischen Hohlkörper, wie sie beispielsweise bei Geschossen vor kommt.It is particularly advantageous that the parts formed according to the invention have a homo have a general structure with quasi-isotropy, which results in uniform strength properties, especially in an almost constant distribution of hardness in Circumferential direction, uttered. Such uniform strength properties are of particular importance, e.g. B. for high-speed forming rotationally symmetrical hollow body, as for example in the case of projectiles is coming.

Es hat sich weiter als vorteilhaft erwiesen, als Ausgangsmaterial Tantal zu verwenden, das eine Korngröße feiner als Nr. 6 nach ASTM E 112 aufweist, weil die Kaltumformung leichter durchgeführt werden kann.It has also proven advantageous to add tantalum as the starting material use, which has a grain size finer than No. 6 according to ASTM E 112, because cold forming can be carried out more easily.

Bewährt hat es sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren, auf den Tantalblechen vor der Umformung eine Oxidschicht als Schmiermittelschicht, z. B. anodisch, anzubringen. Diese Schicht ist sehr haftfest mit dem Tantal verbunden und bewirkt eine solche Schmierung, daß der Stempel nicht mit dem Tantalblech verschweißt. It has proven itself in the process according to the invention, on the tantalum sheets before forming an oxide layer as a lubricant layer, e.g. B. anodic, to attach. This layer is very firmly bonded to the tantalum and causes such lubrication that the stamp does not match the tantalum sheet welded.

In vorteilhafter Weise kann eine Oxidschicht mit einer Dicke von 200 nm aufge bracht werden, so daß während des Verpressens die Reibungskräfte nahezu konstant gehalten werden.An oxide layer with a thickness of 200 nm can advantageously be applied are brought so that the frictional forces almost during the pressing be kept constant.

Dem Fachmann ist zwar seit 25 Jahren bekannt, wie es aus der Veröffentlichung von Bürk E; "Das hydromechanische Ziehverfahren", Mitteilung der Forschungsge sellschaft Blechverarbeitung, Nr. 15, 1963, hervorgeht, durch hydromechani sches Tiefziehen von Blechen, Hohlkörper in einem Zug herzustellen. Tritt an die Stelle des starren Ziehrings, wie es beim konventionellen Tiefziehen der Fall ist, eine Flüssigkeit als Wirkmedium auf, dann kann diese das Werkstück an der Stempelrundung entlasten. Beim Eintauchen in das Wirkmedium übt dieses auf das Werkstück einen allseitigen Querdruck aus, der es an den Stempel an preßt; dabei treten zwischen Werkstück und Stempel Reibungskräfte auf und diese Übertragen mindestens einen Teil der Ziehkraft direkt auf die Zarge. Dadurch wird die über den Ziehteilboden eingeleitete Kraft kleiner. Der meist beanspruchte Werkstückbereich verschiebt sich von der Stempelrundung weg hin zum Ziehradius. Die übertragene Ziehkraft und das mögliche Ziehverhältnis steigern sich dadurch.The expert has been known for 25 years, as it is from the publication by Bürk E; "The hydromechanical drawing process", announcement by the research association company Blechverarbeitung, No. 15, 1963, emerges by hydromechani deep drawing of sheet metal to produce hollow bodies in one go. Come on the place of the rigid drawing ring, as is the case with conventional deep drawing If there is a liquid as the active medium, then the workpiece can relieve at the rounding of the stamp. When immersed in the active medium, this exercises all-round lateral pressure on the workpiece, which it attaches to the stamp presses; frictional forces occur between the workpiece and the punch these transfer at least part of the pulling force directly to the frame. As a result, the force introduced via the bottom of the drawn part becomes smaller. The most stressed workpiece area moves away from the punch rounding to the drawing radius. The transferred pulling force and the possible drawing ratio thereby increase.

Der für das Umformen von Tantal vorliegende Stand der Technik zeigt jedoch, daß es für den Fachmann nicht nahelag, das hydromechanische Tiefziehverfahren für die Umformung von Tantal zu verwenden, insbesondere für Umformungen, bei denen die ursprüngliche Gefügestruktur von hochduktilem Tantal möglichst er halten bleiben soll. Man verharrte bei rein mechanischen Kaltumformverfahren.However, the state of the art for the formation of tantalum shows that it was not obvious to the expert, the hydromechanical deep-drawing process to be used for the forming of tantalum, in particular for forming where possible the original structure of highly ductile tantalum should hold. One persisted in purely mechanical cold forming processes.

Anhand der schematischen Fig. 1 und 2 wird ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens näher erklärt.An exemplary embodiment of the method according to the invention is explained in more detail with reference to the schematic FIGS. 1 and 2.

Die Figuren zeigen ein Tiefziehwerkzeug für hydromechanisches Tiefziehen, das aus einem Stempel 2 als Positiv-Werkzeug und aus einem Wasserkasten 3 mit Seitenwänden 4 besteht. Eine Ronde 6 aus hochduktilem Tantal, mit einer Dicke von 1 mm und einem Durchmesser von 100 mm wird mittels eines Niederhalters 7 auf einem Ziehring 5 positioniert und festgeklemmt. Die Halterung dieser Ronde erfolgt mit einem Niederhalterdruck von 40 bar. Die Tantalronde selbst weist im Metall eine Korngröße von 6 nach ASTM E 112 auf, und ist weiter durch eine Zugfestigkeit Rm von 245 N/mm, eine Streckgrenze R_{p 0,2} von 150 N/mm², eine Bruchdehnung A₁₂₅ von 70%, und eine Härte von 78 HV5 gekennzeichnet. Weiterhin weist das Metall eine stark reduzierte Textur und eine feine Korn größe auf, und das Gefüge des Ausgangsmaterials befindet sich in homogenem und rekristallisiertem Zustand. Die Tantalronde wird zur Erzielung einer guten Schmierung vor dem Einsatz beidseitig anodisch oxidiert und weist deshalb eine Oxidschicht 8 auf mit einer Dicke von z. B. 200 nm.The figures show a deep-drawing tool for hydromechanical deep-drawing, which consists of a stamp 2 as a positive tool and a water box 3 with side walls 4 . A blank 6 made of highly ductile tantalum, with a thickness of 1 mm and a diameter of 100 mm, is positioned on a drawing ring 5 by means of a hold-down device 7 and clamped. This blank is held with a hold-down pressure of 40 bar. The tantalum blank itself has a grain size of 6 according to ASTM E 112 in the metal, and is further characterized by a tensile strength Rm of 245 N / mm, a yield strength R _{p 0.2} of 150 N / mm ² , an elongation at break A ₁₂₅ of 70% , and a hardness of 78 HV5. Furthermore, the metal has a greatly reduced texture and a fine grain size, and the structure of the starting material is in a homogeneous and recrystallized state. The tantalum disk is anodized on both sides to achieve good lubrication before use and therefore has an oxide layer 8 with a thickness of z. B. 200 nm.

Wie aus der Fig. 2 hervorgeht, wird aus dieser Ronde 6 ein rotationssymme trischer Hohlörper als Fertigteil 9 durch hydromechanisches Tiefziehen in einem Zug hergestellt. Beim Tiefziehvorgang wird die Ronde 6 unmittelbar mit Hilfe eines druckgeregelten Fluidkissens 1 an den eintauchenden Stempel 2 (Positivwerkzeug) gedrückt, wie es mit den Druckpfeilen 10 angedeutet wird. Hierbei wird für das gezeigte Beispiel ein maximaler Hydraulikdruck in Höhe von P=250 bar aufgebracht. Die Flüssigkeit für das Fluidkissen 1 wird über den Zulauf 13 zugeführt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel hat der fertigge stellte, druckgeregelte rotationssymmetrische Hohlkörper 9 einen Öffnungs durchmesser 11 von 50 mm und eine Endhöhe 12 von 30 mm. Er weist erfindungsge mäß eine rekristallisierte Gefügestruktur mit feinem Korn auf, wie sie schon nahezu im Ausgangsmaterial vorhanden war. Diese nahezu ungeänderte homogene und isotrope Gefügestruktur hat sich durch Schliffbilder bestätigt.As can be seen from FIG. 2, a rotationally symmetrical hollow body is produced as a finished part 9 by hydromechanical deep drawing in one go from this round blank 6 . During the deep-drawing process, the circular blank 6 is pressed directly against the immersing punch 2 (positive tool) with the aid of a pressure-controlled fluid cushion 1 , as is indicated by the pressure arrows 10 . For the example shown, a maximum hydraulic pressure of P = 250 bar is applied. The liquid for the fluid cushion 1 is supplied via the inlet 13 . In the present exemplary embodiment, the finished, pressure-controlled, rotationally symmetrical hollow body 9 has an opening diameter 11 of 50 mm and an end height 12 of 30 mm. According to the invention, it has a recrystallized microstructure with a fine grain, as was almost present in the starting material. This almost unchanged homogeneous and isotropic structure has been confirmed by micrographs.

Claims

1. A process for the production of hollow bodies from tantalum by cold forming using a stamp, characterized in that a highly ductile tantalum sheet with a fine grain structure and for generating a counterpressure to the stamp a liquid under pressure are used for the manufacture of rotationally symmetrical hollow bodies.

2. The method according to claim 1, characterized in that as a starting measure material tantalum is used, which has a grain size finer than No. 6 after ASTM E 112.

3. The method according to claim 1, characterized in that an oxide layer ( 8 ) is applied to the exit material before forming.

4. The method according to claim 3, characterized in that an oxide layer ( 8 ) of a thickness of at least 200 nm is applied.

5. Use one according to the method according to one or more of the above going claims produced rotationally symmetrical hollow body Tantalum for high-speed forming on projectiles.