DE69125753T2 - Formen von kompositen Materialien - Google Patents

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf das Formen oder Umformen zusammengesetzter Materialien, z.B. Extrusionen von Matrixmaterialien, einschließlich Metallmatrix-Zusammensetzungen (MMZ). Die Erfindung bezieht sich auch auf das Umformen metallischer (nicht zusammengesetzter) Teile.
• Ein Reibschmiedeverfahren ist in "Friction Forging - A Preliminary Study" von D.R. Andrews und M.J. Gilpin, The Metallurgist and Materials Technologist, Juli 1975, Seiten 355-357 beschrieben. Darin ist eine Matrize oder Preßform für ein Reibschmiedeverfahren zur Formung des resultierenden Stranges beschrieben, doch befaßt sich dieser Aufsatz nicht mit einer Extrusion.
• Zusammengesetzte Materialien, insbesondere Metall-Keramik-Kombinationen, sind bislang durch Schmelzen der Metallmatrix und Vermischung mit der gewünschten nichtmetallischen Zusammensetzung oder Keramik geformt worden. Diese Lösung, obwohl weitgehend erfolgreich, kann zu einer unerwünschten Seigerung der nichtmetallischen Bestandteile in der geschmolzenen Metallmatrix und unerwünschtem Kornwachstum in der Metallmatrix beim Abkühlen unter den Liquidus führen.
• Kürzlich ist ein Verfahren zum Formen eines aus Pulver zusammengesetzten Materials in "New Techniques In Powder Technology", Advanced Materials Journal, Februar 1990, Seiten 21 bis 24, beschrieben worden. Hierbei wird Pulver zwischen ein rotierendes Extrusionsrad und einen Schuh geleitet, der gegen das Rad gedrückt wird, wobei das Pulver am Umfang gegen einen Anschlag verdichtet und das verdichtete Pulver dann durch eine seitliche Öffnung einer Matrize extrudiert wird. Dieses Verfahren ist für viele Arten von Zusammensetzungen ungeeignet, z.B. für Kombinationen aus Pulvern und groben Teilchen oder auch massiven Metallen und Legierungen.
• Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Formen oder Umformen eines zusammengesetzten Materials zwei Teile relativ zueinander gedreht, während sie unter Druck zusammengedrückt werden, um die Materialien, aus denen die Zusammensetzung besteht, zu mischen oder umzumischen, wobei die Druckrichtung weitgehend parallel zur Achse der relativen Drehung ist; und die Zusammensetzung extrudiert wird.
• Die Erfindung beruht auf einem Reibschweiß- oder Oberflächenbehandlungsverfahren und ist besonders zur Bildung eines Metallmatrixextrudats geeignet. Das geformte zusammengesetzte Material wird aus einer heißen Arbeitszone extrudiert, die durch Scherung auf Temperatur gehalten und infolge des ausgeübten Drucks extrudiert wird.
• Verfahren, bei denen ein Ausgangs- oder Muttermetall zusammen mit zugesetzten Zusammensetzungen geschmolzen und/oder gegossen wird, sind in der Vergangenheit praktiziert worden, gewährleisten jedoch keine ausreichend gleichmäßige Verteilung, d.h. vermeiden keine erhebliche Seigerung des Teilchenmaterials und weisen einen verhältnismäßig großen unerwünschten Kornwuchs auf, insbesondere bei Metallen oder Legierungen, z.B. Aluminium- oder Kupferlegierungen, beim Abkühlen unter die Liquidustemperatur.
• Diese Probleme werden durch Aufrechterhaltung einer heißen Zone gelöst, in der die Bestandteile bei einer unter derjenigen Temperatur liegenden Temperatur gemischt werden, bei der die Matrix schmilzt, wobei die Temperatur jedoch hinreichend hoch ist, um eine weitgehend kontinuierliche Scherung im Grundmaterial unter Belastung zu ermöglichen. In diesem Zusammenhang überschreitet die Bewegungsgeschwindigkeit metallischer Materialien in der Scherungs- oder plastifizierten Schicht 0,1 m/s über einen erheblichen Abschnitt des plastifizierten Materials aus der Sicht eines stationären oder nicht scherenden Teils. Vorzugsweise überschreitet die Bewegungsgeschwindigkeit 0,5 m/s. Andere zusammengesetzte Materialien als MMZ können ebenfalls durch solche Mittel, wie nicht mischbare Metallkombinationen, z.B. Aluminium-Zinn, wie sie für Lagermaterialien verwendet werden, hergestellt und extrudiert werden. In gleicher Weise können nichtmetallische Kombinationen, z.B. Glasgemische aus geeigneten Pulvern hergestellt werden.
• In einigen Fällen weist eines der Teile ein verbrauchbares Teil auf, wobei das verbrauchbare Teil vorzugsweise ein Ausgangsmaterial und ein Teilchenmaterial aufweist, so daß die Extrusion (das Extrudat) eine resultierende Matrix des Ausgangsmaterials aufweist. In anderen Fällen sind beide Teile unverbrauchbar und die Ausgangsmaterialien in Pulverform zwischen den Teilen angeordnet. In diesem Fall kann das eine Teil eine Hülse oder Haube und das andere einen in die Hülse oder Haube passenden Kolben (Stempel) mit Pulvermaterial dazwischen aufweisen. Alternativ können zwei Teile innerhalb einer gemeinsamen Hülse zusammenwirken.
• Vorzugsweise sind bei verbrauchbaren Teilen beide Teile langgestreckte Stäbe.
• In einigen Fällen wird die Zusammensetzung durch eine Öffnung in einem der Teile extrudiert, wobei das Verfahren ferner das Trennen des Extrudats von dem einen Teil umfaßt. Im allgemeinen trennt sich das Extrudat von der Matrize oder dem Formwerkzeug, die bzw. das das eine Teil während des Extrusionsprozesses formt, doch ist mitunter ein separater Trennschritt erforderlich.
• Die Erfindung nutzt den Effekt der raschen Scherung im Material bei Temperaturen aus, die unter denen liegen, bei denen das Material des verbrauchbaren Teils flüssig ist oder schmilzt. Wenn das verbrauchbare Teil Ausgangs- und Teilchenmaterialien aufweist, werden die Teilchen in feiner zerteilter Form dispergiert und bilden durch die damit verbundene mechanische Arbeit ein relativ feineres Korn im Matrixmaterial. Insbesondere macht die Erfindung von der Reibungswärme Gebrauch, die bei der raschen Scherung der plastifizierten Schicht erzeugt wird, so daß im allgemeinen keine äußere Wärmequelle erforderlich ist. In einigen Fällen ist jedoch eine elektrische Erwärmung wünschenswert.
• Die erfindungsgemäßen Verfahren basieren auf der Entwicklung einer adiabatischen Scherebene im Material, das auf über 90% seines Schmelzpunktes (ºK) angehoben ist, und auf der Anwendung von Druck, um das gescherte Material zu extrudieren, vorzugsweise als kontinuierlicher Betriebsvorschub des Ausgangsmaterials. Dieses erfindungsgemäße Verfahren kann zur weiteren Verbesserung von vorhandenen MMZ angewandt werden, die nach bekannten Verfahren hergestellt wurden, bei denen eine unerwünscht hohe Seigerung des Teilchenmaterials und/oder ein unerwünscht starker Kornwuchs in der Metallmatrix auftritt. Ferner kann das Verfahren zur Bildung von MMZ aus einem Metall- oder Legierungswerkstoff und geeigneten, nichtmetallischen Materialien, z.B. Keramiken oder Karbiden in Granulat- oder Pulverform, angewandt werden. Bei einem extremen Beispiel des letzteren gibt es keine vorherige Dispersion des Teilchenmaterials im Muttermetall, obwohl das Verfahren gleichermaßen zur weiteren Verbesserung von MMZ anwendbar ist, die im voraus hergestellt wurden. MMZ können die Steifigkeit von Bauteilen verbessern, die Festigkeit steigern, eine Schwingungsdämpfung bewirken, eine thermische Ausdehnung verringern und die Verschleißfestigkeit verbessern.
• Beispiele geeigneter Keramiken sind Siliciumcarbid (SiC), Siliciumnitrid (Si&sub3;N&sub4;), Borcarbid (BC), Titandioxid (TiO&sub2;), Bornitrid (BN), Aluminiumoxid (Al&sub2;O&sub3;), Aluminiumnitrid (AlN), Zirkoniumoxid (ZrO&sub2;) (Umwandlung, um es zäher zu machen), Siliciumdioxid (SiO&sub2;) und auch Keramikmischungen, d.h. Sialon (Si&sub3;N&sub4;/AlN/Al&sub2;O&sub3;) und Korund (Al&sub2;O&sub3;+SiO&sub2;). Insbesondere die Verwendung von Zircondioxid (ZrO&sub2;) ergibt Bruchverhinderungseigenschaften, d.h. seine örtliche vier- bis fünfprozentige Volumenzunahme der Teilchengröße, die durch Spannungen in unmittelbarer Nähe der Bruchspitze bewirkt wird, die eine Zähigkeit sowie verbesserte Verschleißeigenschaften ergibt.
• Andere Beispiele enthalten Zusammensetzungen aus Metallen, z.B. Aluminide - Titanaluminid (Ti&sub3;Al), Nickelaluminid (NiAl), Eisenaluminid (FeAl) und Niobiumaluminid (NbAl&sub3;). Die Erfindung ist auch zur Herstellung (Extrusion) von Formgedächtnislegierungen SMA (Shape Memory Alloys), z.B. Nickel-Titan-Legierungen, geeignet.
• Sowohl eisenhaltige als auch nichteisenhaltige Materialien können als Matrixmaterial verwendet werden.
• In anderen Anwendungsfällen kann die Erfindung zur Bildung von Pufferschichten (Übergangsschichten) angewandt werden. Beispielsweise kann rostfreier Austenitstahl auf niedrig legiertem Stahl oder Martensitstahlkompo nenten aufgebracht werden, um bessere Niederschlags/Adhäsionseigenschaften zur nachfolgenden Definition einer (Stellit-)Cobaltbasis-Legierung zu ermöglichen.
• Obwohl in den meisten Beispielen metallische Materialien verwendet werden, kann das Verfahren auch auf nichtmetallische Materialien ausgedehnt werden, z.B. auf Thermoplaste und in einigen Fällen auf amorphe Materialien, z.B. Glas. Das Reibungsextrusionsverfahren ist daher auf Metallpulver anwendbar, einschließlich Materialien mit Teilchenzusätzen, um Metallgemische aus nominell unvermischbaren Materialien, einschließlich beispielsweise MMZ-Materialien, zu bilden. Ferner kann das Verfahren so angepaßt werden, daß es bei metallischen Materialien zusammen mit einer zweiten Komponente angewandt werden kann, die beim Durchgang durch eine Extrusionsöffnung, wie bei einer Reibungskoextrusion, weitgehend unverändert bleibt. In jedem Falle werden der erforderliche Druck und die Drehgeschwindigkeit oder Relativbewegungsgeschwindigkeit so an das betreffende Material angepaßt, daß eine merklich plastifizierte Zone gebildet wird, die nach Wunsch durch eine oder mehrere Öffnungen hindurch extrudiert wird.
• Im einfachsten Beispiel umfaßt eines der Teile ein Formwerkzeug, das durch ein einfaches, ebenes Substrat gebildet wird, während das andere Teil ein verbrauchbares Teil ist, wobei das Verfahren ferner die Ausübung einer relativen Querbewegung zwischen dem Substrat und dem verbrauchbaren Teil umfaßt, so daß die extrudierte Matrix längs des Substrats niedergelegt wird.
• Bei komplizierteren Anordnungen kann das Formwerkzeug ein Spritzguß-Formwerkzeug aufweisen, wobei das Verfahren auch zum Formen von Rohren angewandt werden kann. Das verbrauchbare Teil kann von einer Buchse umgeben sein, die zusammen mit dem verbrauchbaren Teil frei drehbar und geeignet ist, den bei der Benutzung erzeugten Strahl oder Strang seitlich nach außen strömen zu lassen.
• Die Verwendung einer Buchse, vorzugsweise einer engsitzenden Buchse, hat eine Vielzahl von Vorteilen. So formt eine engsitzende Buchse einen besser führbaren extrudierten Strahl (Strang) oder Materialüberschuß, der im allgemeinen ringförmig und dünn ist. Die Buchse erhöht den Druck, der am Rand des verbrauchbaren Teils auf das Substrat ausgeübt werden kann. Die Buchse kann auch so angeordnet und ausgebildet sein, daß sie einen dünnen Extrusionsstrahl oder -überschuß auf feststehende Schneidwerkzeuge zur Strahl- oder Uberschußentfernung richtet. Wenn ferner eine relative Querbewegung zwischen dem verbrauchbaren Teil und dem Substrat (der Unterlage) auftritt, erteilt der Strahl dem niedergeschlagenen Material eine glatte Oberseite. Die Buchse ist vorzugsweise engsitzend und liegt vorzugsweise 0,1 bis 0,9 mm oder sogar bis zu 1,5 mm über der niedergeschlagenen Oberflächendicke.
• Die Erfindung kann unter Wasser oder anderen Fluiden, z.B. Öl, ausgeführt werden.
• Wir haben das Prinzip des ersten Aspekts der Erfindung auf ein Verfahren zum Umformen eines Metallteils ausgedehnt, bei dem das Teil in eine Matrize gedrückt und gleichzeitig das Teil und die Matrize relativ zueinander gedreht werden, wobei die dabei entstehende Reibungswärme eine plastifizierte Zone erzeugt; und bei dem das Teil durch eine Öffnung in der Matrize extrudiert wird, so daß der Durchgang des Teils durch die plastifizierte Zone eine Umverteilung irgendwelcher Diskontinuitäten oder Imhomogenitäten bewirkt.
• Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren gemäß Anspruch 16 vorgesehen.
• Die Erfindung bezieht sich daher allgemeiner auf die Reibungsextrusion von Metallteilen, einschließlich monolithischer Teile, wie Aluminium, Aluminiumlegierungen und dergleichen.
• Einige Beispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens werden nachstehend anhand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben, wobei die
• Fig. 1a bis 1d schematische Seitenansichten eines ersten Beispiels sind,
• Fig. 2 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, eines zweiten Beispiels ist,
• Fig. 3A bis 3C Seitenansichten, teilweise im Schnitt, eines dritten Ausführungsbeispiels sind, die drei Verfahrensstufen darstellen,
• Fig. 4A und 4B jeweils eine Draufsicht und eine Seitenansicht sind, die ein viertes Verfahren darstellen, bei dem das Extrudat bzw. der Strangpreßling in langgestreckter Form niedergelegt wird,
• Fig. 5A und 5B ähnliche Ansichten wie die in den Fig. 4A und 4B dargestellten sind, jedoch zusätzlich mit Seitenführungen,
• Fig. 6A bis 6D vier mögliche Querschnitte des verbrauchbaren Teils darstellen,
• Fig. 7 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, eines sechsten Beispiels ist,
• Fig. 8 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, eines siebten Beispiels ist,
• Fig. 9A und 9B jeweils eine Extrusionsmatrize und eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, eines achten Beispiels darstellen,
• Fig. 10 und 11 Seitenansichten ähnlich der Fig. 8 darstellen, jedoch eines neunten und eines zehnten Beispiels,
• Fig. 12 ein Beispiel mit zwei unverbrauchbaren Teilen darstellt,
• Fig. 13 ein Beispiel mit zwei verbrauchbaren Teilen darstellt,
• Fig. 14 bis 16 Querschnitte durch drei Beispiele unverbrauchbarer Teile darstellen,
• Fig. 17 die Verwendung einer Buchse darstellt,
• Fig. 18 ein Beispiel einer Koextrusion darstellt und
• Fig. 19 ein Beispiel einer Reibungsextrusion einer monolithischen Stange darstellt.
• Fig. 1a zeigt eine herkömmliche Anordnung, bei der das zusammengedrückte zusammengesetzte Material 1 in einem zylindrischen Körper oder einer Hülse 2 aufgenommen ist, in die ein Kolben oder Stempel 3 passend eingeführt und eine Kraft oder ein Druck, während eine relative Drehung ausgeübt wird, zwischen dem zylindrischen Körper und dem Kolben ausgeübt wird. Unter geeigneten Betriebsbedingungen erfolgt eine Scherung im allgemeinen dicht bei der Stirnfläche des Kolbens 3, während der größte Teil des zusammengedrückten Pulvers relativ zum rotierenden Körper ortsfest bleibt. Aufgrund der ausgeübten Kraft und aufrechterhaltenen Drehung wird eine mechanische Arbeit in der Scherungsebene ausgedehnt und das Material so lange erwärmt, bis eine gemeinsame plastifizierte Schicht 4 entstanden ist.
• Beiderseits der plastifizierten Schicht 4 tritt erwärmtes zusammengesetztes Material in Übergangszonen 4' auf, da jedoch die Wärmeleitung durch das Pulver im Vergleich zu der von Metallen schlecht ist, pflegt die axiale Ausdehnung der plastifizierten Scherungsschicht begrenzt zu sein, obwohl sie über weitgehend den ganzen Querschnitt auftritt.
• Nach Entfernen eines Stopfens oder Anschlags 5 aus einer Öffnung 6 des Kolbens 3, durch die das verformte Material extrudiert werden soll, und bei fortgesetzter Erwärmung durch die Drehung unter Ausübung eines Drucks bzw. einer Kraft, berührt die plastifizierte Schicht den Kolben weitgehend, wie Fig. 1b nach Entfernen einer anfänglich stagnierenden Schicht 1' zeigt. Danach wird ein dynamisches Gleichgewicht aufrechterhalten, während die Drehung unter Druck und die Bildung der plastifizierten Schicht durch das zusammengesetzte Pulver hindurch fortgesetzt und das plastifizierte Material durch die Öffnung extrudiert wird, siehe Fig. 1c. Dieses Verfahren wird so lange fortgesetzt, bis nahezu das gesamte zusammengesetzte Material verbraucht und zu einem extrudierten Abschnitt mit feiner Dispersion der nicht- metallischen Bestandteile in der Metallmatrix geformt ist, Fig. 1d. Der Stangpreßling bzw. das extrudierte Material 7 wird dann entfernt.
• Gewünschtenfalls kann das extrudierte Material 7 pulverisiert und gewünschtenfalls mit einem weiteren zusammengesetzten Pulver vermischt und das Ganze wie in Fig. 1a angeordnet werden, wobei das Verfahren nach den Fig. 1b bis 1d fortgesetzt wird und eine gleichmäßigere Verteilung der Teilchen und weitere Verbesserung der Metallmatrix bewirkt wird.
• Bei Anordnungen mit verhältnismäßig kleinem Durchmesser kann der Kolben 3 mit einer mittleren Extrusionsöffnung 6 versehen sein. Bei Anordnungen mit einem größeren Durchmesser ist jedoch vorzugsweise eine größere Anzahl von Öffnungen vorgesehen, die im gleichen radialen Abstand um die Mittelachse herum angeordnet sind. Wiederum können speziell geformte Düsen vorgesehen sein, wobei das plastifizierte Material zunächst ein Rohr bildet, das sich dann weiter zu einer Stange oder einem Stab entwickelt. In allen Fällen ist der Kolben hohl, um das extrudierte Material aufzunehmen.
• Es können auch andere Anordnungen mit gegensinnig rotierenden Flächen und einem zusammengedrückten Pulvergemisch vorgesehen sein und ferner kontinuierliche Zuführsysteme verwendet werden, bei denen zusammengedrücktes Pulver kontinuierlich in die stagnierenden Zonen gedrückt wird, die ihrerseits zur scherenden plastifizierten Schicht werden, bevor die Extrusion durch geeignete Öffnungen oder Matrizen erfolgt.
• Obwohl die zur Aufrechterhaltung einer hinreichend hohen Temperatur der plastifizierten Schicht erforderliche Energie vollständig aus dem erforderlichen Drehmoment und der Drehzahl der gegensinnig rotierenden Teile 2, 3 abgeleitet werden kann, können auch andere Verfahren zur Unterstützung dieser mechanischen Erwärmung angewandt werden. Beispielsweise kann ein elektrischer Strom durch das eine oder andere oder beide Teile 2, 3 sowie durch das extrudierte Material geleitet werden, um die Aufrechterhaltung einer angemessenen Schmiedetemperatur im extrudierten Material zu unterstützen, das außerhalb der direkten Zone der mechanischen Scherung liegt. In ähnlicher Weise können die Teile 2, 3 durch irgendein geeignetes Mittel vorgewärmt werden. So ist auch eine Induktionserwärmung möglich, bei der ein relativ hochfrequenter Wechselstrom in der nähe der plastifizierten Zone induziert wird, um die Extrusion zu unterstützen.
• Obwohl in der Praxis ein großer Drehzahlbereich angewandt werden kann (wobei die Extrusionsgeschwindigkeit eine umgekehrte Funktion der Drehzahl ist), werden verhältnismäßig niedrige Drehzahlen bevorzugt, sobald der Prozeß zufriedenstellend eingeleitet worden ist, um die Extrusionsgeschwindigkeit bei weitgehend adiabatischer Scherung zu erhöhen. Bei höheren Drehzahlen neigt die plastifizierte Schicht dazu, sich wie ein hydrostatisches Lager zu verhalten, wobei sich die Extrusionsgeschwindigkeit erheblich verringert. Bei einer möglichen Betriebsart werden die Teile 2, 3 zunächst mit mäßiger Drehzahl angetrieben, und während sich die plastifizierte Schicht bildet, wird die Drehzahl verringert, um die Extrusionsgeschwindigkeit bis zum gewünschten Grenzwert zu steigern. Bei noch geringeren Drehzahlen pflegt der Prozeß jedoch zusammenzubrechen, wobei die gemeinsame plastifizierte Zone reißt. Die optimale Drehzahl für eine schnelle Extrusion liegt im Bereich von 20% bis 50% über der kritischen Drehzahl, unterhalb der der Prozeß aufhört, stabil zu sein. Es können jedoch noch höhere Drehzahlen für spezielle Produkteigenschaften gewählt werden, z.B. Feinkörnigkeit und/oder gleichmäßige Dispersion.
• Bei obigem Beispiel sind beide Teile 2, 3 unverbrauchbar. Es sind jedoch andere Anordnungen mit verbrauchbaren Teilen möglich, wie sie in den Fig. 2 bis 11, 13 und 18 dargestellt sind. In Fig. 2 wird eine plastifizierte Zone 9 zwischen dem einen Ende einer rotierenden verbrauchbaren Stange 10 und einer stationären Matrize oder Spritzform 11 gebildet, bei der eine Stange oder ein Stab mit der gewünschten Querschnittsform extrudiert wird. Vorzugsweise enthält die Stange 10 zur symmetrischen Dispersion mehr als eine Gegen- oder Sackbohrung 12, 13, die mit dem gewünschten Teilchenmaterial gefüllt ist, und desgleichen ist mehr als eine Extrusionsöffnung 14 vorgesehen (von der nur eine dargestellt ist), die symmetrisch um die Achse der rotierenden Stange angeordnet sind. Die Matrize 11 hat eine konische Bohrung 11' zur Aufnahme von überlaufendem Material. Auch hier kann eine zusätzliche Erwärmung zur Aufrechterhaltung einer adäquaten Plastizität in dem plastifizierten Material und dem anfänglich extrudierten Material erfolgen.
• Bei noch einer weiteren Anordnung (Fig. 3) ist das Formwerkzeug 15 in zwei Teile 15A und 15B unterteilt, von denen das eine Teil 15A eine feste Lage relativ zum Ende der sich drehenden Stange 16 und das andere Teil 15B eine feste Lage relativ zu der extrudierten (d.h. geformten) MMZ 17 beibehält. Wie Fig. 3A zeigt, wird der Prozeß durch Drehung des Ausgangsmaterials 16 mit seinem Teilchengehalt unter Druck gegen das Formwerkzeug 15 eingeleitet, und zwar unter zusätzlicher Erwärmung im erwünschten Maße, um eine anfänglich plastifizierte Schicht zu bilden. Diese Schicht wird dann bis zu einem gewünschten Ausmaß ausgebildet (Fig. 3B), wonach die beiden Teile des Formwerkzeugs oder der Matrize getrennt werden (Fig. 3C), während die MMZ mit weitgehend dem vollen Durchmesser der rotierenden Stange extrudiert wird. Es sei darauf hingewiesen, daß das freigelegte Ende der MMZ normalerweise eine weitere Abstützung und vorzugsweise eine gewisse erzwungene Abkühlung erfordert, um eine hinreichende mechanische Festigkeit zur Reaktion auf den zuletzt auf die rotierende Stange ausgeübten Druck sicherzustellen.
• Obwohl das Verfahren unter Umgebungsbedingungen betrieben werden kann, wird vorgezogen, die plastifizierte Zone und das extrudierte Material vor atmospärischer Kontamination zu schützen, indem ein nichtreagierendes Gas, z.B. Stickstoff, oder ein inertes Gas, z.B. Argon, verwendet wird. Alternativ kann das Verfahren bei einigen Materialien im Vakuum durchgeführt werden.
• Bei einer weiteren Abwandlung des Systems (Fig. 4 und 5) kann derjenige Teil des Formwerkzeugs, der keine rotierende Stange aufweist, seitlich verschoben werden, so daß sich eine extrudierte Schicht 18 der MMZ ergibt, die als breite relativ dünne Schicht aufgebracht wird. Diese Schicht kann durch einen nachfolgenden Durchlauf über der zuvor aufgebrachten Schicht so lange dicker ausgebildet werden, bis die gewünschte Dicke erreicht ist. Vorzugsweise sind Wangen 19 (Fig. 5) und eine feste Matrize 19' vorgesehen, um die gewünschte Breite des Materials einzuhalten, während es in langgestreckter Form aufgebracht wird. Das extrudierte Material kann auf einem unvermischbaren Material, beispielsweise Keramik, oder einer geeigneten metallischen Oberfläche, aufgebracht werden, von dem bzw. der es gelöst werden kann, während unerwünschte Spuren des Metalls durch maschinelle Bearbeitung oder Schleifen der Unterseite der aufgebrachten MMZ entfernt werden können.
• Die nach diesen Verfahren hergestellten MMZ können durch Hämmern oder Walzen bei höherer Temperatur unter Anwendung an sich auf dem Gebiet der Metallverformung bekannter Verfahren weiter verformt werden.
• Typische Betriebsbedingungen für eine Metallstange mit einem Durchmesser von 25 mm umfassen eine Drehzahl von 400 bis 800 Umdrehungen pro Minute bei Ausübung einer Kraft von 20 bis 60 kN in Abhängigkeit von der gewünschten Extrusionsgeschwindigkeit und der Warmfestigkeit des Materials. Die Betriebsbedingungen sind normalerweise nicht kritisch und können leicht durch praktische Versuche ermittelt werden. Bei einer Änderung der Abmessung der rotierenden Stangen kann der pro Querschnittseinheit der Stange ausgeübte Druck nahezu konstant gehalten und die Drehzahl so eingestellt werden, daß sich die gleiche Umfangsgeschwindigkeit ergibt, die dann geändert wird, um die gewünschte Extrusionsgeschwindigkeit zu erhalten. Desgleichen kann eine unterstützende Erwärmung erfolgen, um die zum Antreiben der rotierenden Stange erforderliche mechanische Arbeit oder den erforderlichen Druck zu Erzielung der gewünschten Extrusionseigenschaften zu vermindern. Elektrische Erwärmungsverfahren (Widerstands- oder Induktionserwärmung) sind für einen Betrieb in einer kontrollierten Atmosphäre oder im Vakuum leicht anwendbar.
• Fig. 6 stellt vier verschiedene Querschnitte für das verbrauchbare Teil dar, das weitere Alternativen für die in Fig. 2 bis 5 dargestellten bildet. In allen Fällen kann die Mitte der Bohrung 80 bei keramischem Material geringfügig oder weit gegenüber der Achse des verbrauchbaren Teils versetzt sein. Bei den vorstehenden Beispielen wird die verbrauchbare Stange relativ zu einer feststehenden Matritze gedreht. Fig. 7 stellt eine alternative Anordnung dar, bei der ein verbrauchbares Teil 30, das der Stange 10 nach Fig. 10 ähnelt, festgehalten wird, während eine Matrize 31 gedreht wird. Das extrudierte Material tritt wie zuvor durch eine Bohrung 32 in der Matrize aus.
• Fig. 8 stellt ein weiteres Beispiel dar, bei dem die zuvor verwendete Matrize durch ein Spritzformwerkzeug 33 ersetzt ist. Hierbei wird das verbrauchbare Teil 30 gedreht, während das Formwerkzeug 33 stationär gehalten wird. Auf dem Formwerkzeug 33 ist eine stationäre Matrize 34 angebracht, und das extrudierte Material strömt in eine Bohrung 35 im Formwerkzeug 33. Ein Entlüftungsloch 50 steht durch das Formwerkzeug 33 hindurch mit der Bohrung 35 in Verbindung.
• Das erfindungsgemäße Verfahren ist auch zur Herstellung von Rohren, insbesondere nahtlosen Rohren, unter Anwendung einer speziellen Form der Matrize, wie sie in Fig. 9 dargestellt ist, geeignet. Hierbei ist eine Matrize 36 vorgesehen, die relativ zum feststehenden verbrauchbaren Teil 30 gedreht wird. Die Matrize hat eine konische Eingangsöffnung 37, die in drei teilweise ringförmigen Bohrungen 38 bis 40 endet, die zwischen drei weitgehend gleich weit um ein mittleres Teil 44 herum auseinanderliegenden Stegen 41 bis 43 begrenzt sind. Die Bohrungen 38 bis 40 verjüngen sich in Richtung auf den Boden der Matrize 36, und dies hat den Effekt, daß die getrennt aus den Bohrungen 38 bis 40 extrudierten Strangpreßlinge zur Bildung eines nahtlosen Rohres 45 zusammenlaufen.
• Fig. 10 stellt ein weiteres Beispiel dar, bei dem eine feststehende Matrize 51 mit einer mittleren Bohrung 52 vorgesehen ist, die in eine sich nach außen erweiternde Bohrung 53 mündet. Ein verbrauchbares Teil 54, das dem zuvor beschriebenen verbrauchbaren Teil ähnelt, hat anfänglich einen sich nach vorn verjüngenden Abschnitt 55, der in der sich erweiternden Bohrung 53 aufgenommen wird. Das verbrauchbare Teil 54 wird gedreht und gleichzeitig gegen die Matrize 51 gedrückt, so daß eine Metallmatrixzusammensetzung 56 durch die Bohrung 52 extrudiert wird.
• Fig. 11 stellt ein weiteres Beispiel dar, das dem Beispiel nach Fig. 10 ähnelt, doch ist in diesem Fall eine Matrize 57 vorgesehen, die gedreht wird, während das verbrauchbare Teil 54 ortsfest bleibt. Außerdem wird die Matrize 57 - in der Zeichnung gesehen - nach oben gedrückt. Fig. 12 stellt ein weiteres Beispiel dar, bei dem zwei unverbrauchbare Teile 60, 61 mit ähnlichen Stirnflächen oder Scheiben 62, 63 vorgesehen sind, die gegen eine Pulvermischung 65 in einer Kammer 64 drükken. Die unverbrauchbaren Stangen 60, 61 und stirnseitigen Scheiben 62 und 63 werden zusammengedrückt und in entgegengesetzten Richtungen gedreht, um Reibungswärme im Pulvermaterial 65 zu erzeugen. Diese Anordnung kann als eine Verdoppelung oder symmetrische Abwandlung der Anordnung aus Haube und Kolben nach Fig. 1 angesehen werden, bei der die Extrusion durch eine oder mehrere Öffnungen in radialer Richtung in der Semiverschlußkammer 64 erfolgt. Der Querschnitt der Extrusionsöffnungen 66 ist entsprechend der gewünschten Form des extrudierten Materials 67 geformt.
• Während des Betriebs koaleszieren die plastifizierten Schichten, die durch die gegensinnig rotierenden Stirnflächen 62, 63 gebildet werden, im mittleren Bereich, von wo sie durch die Öffnung 66 extrudiert werden. Gewünschtenfalls kann ein elektrischer Strom durch die Stangen 60 und 61 und die Scheiben 62 und 63 geleitet werden, um eine Widerstandserwärmung des Pulvermaterials 65 in einer isolierenden Kammer 64 zu bewirken. Alternativ können Induktionserwärmungsverfahren zur Erwärmung der Arbeitszone angewandt werden.
• In allen Fällen kann das Pulvermaterial 65 Metalle oder Legierungen in granularer oder fein gepulverter Form und gewünschtenfalls zusammen mit weiteren Teilchen enthalten, z.B. Keramik- oder Diamantteilchen, die in der gemeinsamen plastifizierten Zone dispergiert werden, die zwischen den Stirnflächen 62, 63 im Material 65 gebildet und extrudiert 67 wird.
• In einigen Fällen kann weiteres Pulvermaterial über die rotierenden Stangen 60, 61 durch geeignete (nicht dargestellte) Öffnungen in den Stirnflächen 62, 63 entweder als separate Maßnahme oder semi-kontinuierlich zugeführt werden, während gleichzeitig ein Druck und eine gegensinnige Drehung auf das Gemisch 65 ausgeübt werden. Vorzugsweise sind die Stirnflächen 62, 63 aus einem Material oder so beschichtet, daß das Bestreben verringert wird, eine Legierung mit dem Material 65 einzugehen. Ferner können Schaufeln oder Rippen auf den inneren Flächen der Scheiben 62, 63 ausgebildet sein, um das Pulvermaterial zurückzuhalten, so daß eine Scherungsebene des plastifizierten Materials bestrebt ist, sich aus dem Bereich unmittelbar an den Stirnflächen der gegensinnig rotierenden Scheiben 62, 63 wegzuentwickeln.
• Wenn die gemeinsame Grenzfläche nicht in der Mitte der Hülse 64 liegt, was beispielsweise durch Thermoelemente festgestellt wird, die an der Hülse beiderseits der mittleren Zone angebracht sind, kann die Drehzahl eines der Teile relativ zu dem anderen geändert werden, um die Lage der gemeinsamen plastifizierten Zone einzustellen.
• Fig. 13 zeigt ein Beispiel, bei dem zwei verbrauchbare Stangen 71, 72 mit weitgehend gleichem Durchmesser gegeneinandergedrückt und in entgegengesetzten Richtungen gedreht werden. Die Stangen haben Sackbohrungen 73, 74 und 74, 76, die radial zueinander versetzt parallel zur Achse der Metallstangen liegen und mit dem gewünschten Teilchenmaterial, vorzugsweise als zusammengedrücktes Granulatpulver, gefüllt sind. Bei fortgesetzter Drehung und Ausübung eines Drucks wird die gemeinsame Grenzfläche bis auf eine Temperatur erhitzt, die sich dem Schmelzpunkt des Ausgangsmaterials der Stangen 71, 72 nähert, wobei die ständig auf Scherung beanspruchte Zone zwischen den massiven rotierenden Stangen plastisch wird. Diese plastische Zone wird durch den ausgeübten Druck radial extrudiert, wobei ein breiter Kragen um die gegensinnig rotierenden Stangen 71, 72 gebildet wird, der eine gleichmäßigere Verteilung der Teilchen in der Metallmatrix als die Ausgangsmaterialien aufweist.
• Das extrudierte Material wird mittels eines um die Zone 78 herum eng anliegenden Formwerkzeugs 77, aus dem das plastifizierte Material extrudiert wird, in eine nominal rechteckige oder kreisförmige Form gebracht. Vorzugsweise zur Einhaltung einer Symmetrie ist das Ausgangsmaterial an mehreren Stellen (wie dargestellt) auf einen bestimmten Radius im Querschnitt der Metallstange mit Sackbohrungen versehen, und in gleicher Weise weist das Formwerkzeug mehr als eine Extrusionsöffnung symmetrisch im die Achse der rotierenden Stangen auf, obwohl dies nicht wesentlich ist.
• Um den Prozeß in Gang zu setzen, können die sich berührenden Stangen 71, 72 an ihren aneinander anliegenden Enden verjüngt sein, um einen begrenzten Bereich für die anfängliche Berührung zu bilden und die Bildung der gemeinsamen plastifizierten Zone zu unterstützen. Auch hier kann wieder ein elektrischer Strom durch die aneinander anliegenden Stangen geleitet werden, um die Erhitzung im anfänglichen Kontaktbereich zu unterstützen, und/oder ein Hochfrequenzinduktionsverfahren angewandt werden. In all diesen Fällen besteht das Ziel darin, das plastifizierte Material aus den gegensinnig rotierenden Stangen wegfließen zu lassen und durch das Formwerkzeug hindurch in der gewünschten Form zu extrudieren.
• Im Betrieb kann das Formwerkzeug 77 frei zwischen unmittelbar benachbarten (nicht dargestellten) Anschlägen schweben, so daß es sich selbst auf dem zwischen den gegensinnig rotierenden Stangen austretenden Material zentriert. Gewünschtenfalls kann die Drehzahl der einen oder anderen Stange so eingestellt werden, daß die plastifizierte Zone symmetrisch in dem mittleren Bereich gehalten wird. Zweckmäßigerweise wird die begrenzte Bewegung des Formwerkzeugs zwischen den Anschlägen in einer Regeleinrichtung zur Anpassung der Drehzahl der einen Stange relativ zur anderen zur Einhaltung eines symmetrischen Betriebs herangezogen.
• Bei allen Beispielen der verbrauchbaren Teile können diese eine Metallummantelung oder -verkleidung der Hauptkomponente, beispielsweise eines MMZ-Produkts, zusammen mit einem oder mehreren Einsätzen der gewünschten zusätzlichen Komponenten, die pulver- oder granulatförmig zusammen mit weiteren metallischen Legierungen entsprechend den Anforderungen sein können, aufweisen.
• Im einfachsten Fall ist die äußere oder Hauptkomponente 80 (Fig. 14) eine formbare, extrudierbare oder maschinell bearbeitbare metallische Legierung, z.B. Flußstahl oder eine Aluminiumlegierung, deren Eigenschaften verbessert werden sollen. Diese Komponente hat die Form eines dickwandigen Rohres mit einer mittleren hohlen Bohrung 81, in die wenigstens eine weitere Komponente, z.B. Keramikkerndraht 82, eingebracht wird. Fig. 15 zeigt eine Abwandlung, bei der mehrere außerachsige Bohrlöcher vorgesehen sind, die jeweils mit Keramikkerndraht 82 gefüllt sind. Fig. 16 stellt ein verbrauchbares Teil mit einer einzigen außerachsigen Bohrung 81' dar. In ähnlicher Weise können eine Vielzahl verschiedener Bohrungsformen benutzt werden.
• Von diesen Anordnungen kann irgendeine Kombination, je nach Wunsch, verwendet werden. Beispielsweise kann die äußere Komponente eine runde Stange mit ein oder mehreren Bohrungen sein, die mit anderen metallischen Materialien und/oder Teilchen gefüllt sind. Die zusätzliche Metallkomponente kann ein einziges praktisch reines Metall oder eine Legierung oder ein teilweise gesintertes Material oder ein vollständig gesintertes und verdichtetes Material sein. Bei den Teilchen kann es sich um Granulat oder Pulver oder um einen Teil des gesinterten Materials oder beider handeln.
• Diese und andere Abwandlungen liegen im Rahmen des Patentanspruchs, wobei durch die Erzeugung einer plastifizierten Zone durch eine Relativbewegung unter Druck ein Kombinationsmaterial erzeugt wird, z.B. eine nichtmischbare Legierung oder eine MMZ. Insbesondere kann die plastifizierte Zone oder Schmelze getrennt extrudiert oder in ein Substrat eingebracht werden, z.B. durch eine sogenannte Reibungsbeschichtung (wie oben beschrieben).
• Fig. 17 stellt eine Abwandlung der in Fig. 4 dargestellten Vorrichtung dar, bei der das verbrauchbare Teil 16 in einem Portalgestell 91 mit einer mittleren Bohrung 92 gelagert ist, in der eine Führungsbuchse 93 über geeignete Lager 93' gelagert ist. Die Buchse 93 ist durch einen ringförmigen Flansch 94, der in eine Bohrungserweiterung 95 im Gestell 91 eingreift, und eine ringförmige Sicherungsplatte 96, die an der Unterseite des Gestells 91 befestigt ist, gegen axiale Verschiebung gesichert, jedoch frei drehbar. Die Buchse 93 kann für verhältnismäßig hartes Beschichtungsmaterial aus Molybdän oder Keramik und für verhältnismäßig weiches Beschichtungsmaterial aus einer Legierung aus Kobalt als Basis und Werkzeugstahl H13 hergestellt sein.
• Unter dem Gestell 91 und der Bohrung 92 ist ein Quertisch 97 gelagert, auf dem das Substrat 15A im Betrieb liegt.
• Im Betrieb wird das verbrauchbare Teil 16 in herkömmlicher Weise durch eine nicht dargestellte Vorrichtung gedreht und gleichzeitig gegen das Substrat 15A gedrückt. Durch die Drehung des verbrauchbaren Teils 16 wird in der Grenzfläche zwischen dem verbrauchbaren Teil und dem Substrat Wärme erzeugt, mit dem Ergebnis, daß aus dem verbrauchbaren Teil 16 Material auf das Substrat transferiert wird, um ein MMZ-Deponat 98 (Überzug) zu bilden. Gleichzeitig wird der Quertisch 97 betätigt, so daß das Substrat 15A langsam unter dem verbrauchbaren Teil 16 quer zu diesem verschoben und ein langgestrecktes Deponat gebildet wird.
• Während des Betriebs entsteht auf den Seiten des Deponats überströmendes Material, doch wird dieses überströmende Material 99 durch die Buchse 93 relativ dünn gehalten und unter zwei Schneidwerkzeugen 100 geführt, die beiderseits des MMZ-Deponats 98 angeordnet sind und periodisch betätigt werden, um das überströmende Material zu entfernen. Alternativ können die Schneidwerkzeuge 100 kontinuierlich arbeitend ausgebildet sein, um das überströmende Material während des Betriebs zu entfernen.
• Während der Querbewegung glättet die Buchse 93 auch die Oberfläche des Überzugs oder Deponats 98.
• Aus der Zeichnung ergibt sich auch, daß der untere Abschnitt der Buchse 93 aus einem hitze- und verschleißfesten Material 101 ausgebildet ist.
• Als weitere Alternative, hier Reibungskoextrusion genannt, kann die verbrauchbare Stange mehr als eine Komponente aufweisen, so daß wenigstens eine Komponente nicht wesentlich geändert oder einer Drehscherung in der plastifizierten Zone in dem zur Extrusionsöffnung führenden Bereich unterzogen wird. So hat nach Fig. 18, die als Variante der Fig. 10 und 11 angesehen werden kann, die verbrauchbare Stange 110 eine weitere Komponente 111, in diesem Fall als mittleren Kern. Die äußere Komponente 110 enthält ein metallisches Material oder eine Legierung mit oder ohne ein weiteres zugesetztes Teilchenmaterial oder ein anderes Material, das in ähnlicher Weise wie bei den Fig. 10 oder 11 eingesetzt ist. Das kombinierte verbrauchbare Teil 110, 111 wird gedreht und gegen eine Matrize 112 gedrückt, so daß es durch eine Öffnung 113 extrudiert wird. Normalerweise findet die Reibungsextrusion bei einer Temperatur statt, die unter dem Schmelzpunkt des Kerns 111 liegt, der praktisch unverändert bleibt und keinen Teil der Reibungsscherfläche oder plastifizierten Zone 116 bildet. Das resultierende Extrudat 115 enthält die äußere Komponente 110 zusammen mit irgendeinem Teilchenmaterial, soweit vorhanden, und dem inneren Kern 111, der aus dem ursprünglichen Kernmaterial gebildet ist. Die Matrize 112 und die Öffnung 113 können irgendeine geeignete Form haben, so daß der äußere Teil des Extrudats 115 die Form der Öffnung 113 im Querschnitt annimmt, während der innere Kern 111 weitgehend unverändert bleibt. Vorzugsweise ist der Kern 111 lose in der äußeren Komponente 110 eingesetzt, was dadurch erreicht wird, daß letzteres mit einer Bohrung versehen und ein Kern mit etwas kleinerem Durchmesser als das Bohrloch eingesetzt wird, so daß ein Spiel 114 verbleibt.
• Im Betrieb wird das äußere Material extrudiert, während das Kernmaterial durch die Mitte des Extrudats hindurchgeht, so daß sich ein weitgehend koaxial ummantelter Zaggel 115 ergibt. Während des Betriebs entsteht ein Strang aus Überschußmaterial 117 im konischen Bereich der Matrize 112. Bei relativ kurzen Extrudaten kann toleriert werden, daß sich das Überschußmaterial 117 frei ausbildet; bei längeren Extrudaten ist es jedoch vorzuziehen, das Überschußmaterial 117 maschinell zu entfernen, während es gebildet wird, um eine übermäßige Anhäufung im konischen Bereich der Öffnung der Matrize 112 zu vermeiden. Beispielsweise kann das Reibungskoextrusionsverfahren auf ein Material mit verhältnismäßig geringer Festigkeit angewandt werden, zum Beispiel eine Aluminiumlegierung mit oder ohne eingesetztes Teilchenmaterial und mit einem mittleren Kern aus einem Material mit erheblich höherem Schmelzpunkt, z.b. Flußeisen oder rostfreier Stahl oder dergleichen. Das Extrudat umfaßt dann das äußere Aluminiumlegierungsmaterial, das über die plastifizierte Zone 116 reibungsextrudiert worden ist, zusammen mit dem inneren Kern 111 aus Flußeisen oder rostfreiem Stahl. In diesem Fall bewirkt der Kern die Ausbildung beispielsweise einer höheren Zugfestigkeit bei höherer Temperatur, z.B. 400ºC.
• Der Kern 111 muß nicht massiv sein, sondern kann auch hohl oder mit Stäben aus verflüssigtem gekernten Material gefüllt sein, wie es in den Fig. 14 bis 16 dargestellt ist, sofern seine Druckfestigkeit hinreichend ist, um dem Druck bei der Extrusion standzuhalten und einen vollständigen Bruch oder Zusammenbruch des Kerns zu vermeiden. Der Kern kann das Gesamtextrudat 115 verstärken oder stützen, insbesondere wenn das äußere Material 110 eine geringere Festigkeit hat, oder das äußere Material kann der Abstützung oder dem Schutz des inneren Kerns dienen, insbesondere wenn letzterer als ein mit Pulver gefülltes Rohr oder als Bündel aus Kerndrähten ausgebildet ist, wie es in den Fig. 14 bis 16 dargestellt ist.
• Nach einer weiteren Abwandlung kann der Kern mehr als eine Komponente aufweisen, die symmetrisch um die Mitte des äußeren Materials 110 verteilt sind. Wenn beispielsweise drei Kerne mit verhältnismäßig kleinem Durchmesser symmetrisch um die Mitte verteilt sind, können diese teilweise schraubenlinienförmig sein, da das Kernmaterial durch die plastifizierte Zone 116 hindurchgeht, obwohl jeder einzelne Kern weitgehend unverändert oder in sich nicht unterbrochen bzw. zerrissen ist. Das resultierende Extrudat 115 hat dann drei Schraubenlinienförmig gewundene Komponenten entsprechend den drei ursprünglichen Kernen 111.
• In einigen Fällen können Fasermaterialien, z.B. Kohlefasern, im äußeren oder Ummantelungsmaterial 110 verteilt sein, so daß die Fasern in der plastifizierten Zone 116 zerrissen werden und nicht mehr als kontinuierliche Fasern identifizierbar sind. Hierbei bleibt das Material in sich unverändert, obwohl es in kurze Fasern zerbrochen und im äußeren Material 110 verteilt ist, während es als kombinierte oder zusammengesetzte Struktur 115 extrudiert wird. Diese und andere Abwandlungen der Geometrie liegen im Rahmen der Erfindung, die generell als Reibungskoextrusion definiert ist.
• Die soweit beschriebenen Beispiele stellen die Bildung von Extrudaten aus Metallmatrixzusammensetzungen dar. Wie bereits erwähnt wurde, ist die Erfindung generell auch auf die Umformung sowohl zusammengesetzter als auch nicht zusammengesetzter oder monolithischer Teile anwendbar. Fig. 19 stellt ein Beispiel des Reibungsextrusionsprinzips dar, bei dem eine Aluminiumstange 120 durch eine sich verjüngende Bohrung 121 in einer Buchse 122 hindurch in eine sich verjüngende Bohrung 123 einer Matrize 124 gedrückt wird. Die Matrize 124 steht fest, während die Stange 120 in Richtung des Pfeils 125 gedreht wird, um Reibungswärme in der Grenzfläche zwischen der Matrize und der Stange zu erzeugen. Diese Reibungswärme plastifiziert das Stangenmaterial, das dann durch eine Bohrung 126 hindurch, die mit der sich verjüngenden Bohrung 123 in Verbindung steht, extrudiert wird, um ein Extrudat 127 zu bilden. Es hat sich gezeigt, daß die Kornstruktur im Extrudat 127 viel gleichmäßiger über 70% oder mehr des Durchmessers des Extrudats als in der ursprünglichen Stange 120 verteilt ist. Bei diesem Verfahren erzeugtes Überschußmaterial wird durch die sich verjüngende Bohrung 121 aufgenommen.

Claims (18)

1. Verfahren zum Formen oder Umformen eines zusammengesetzten Materials, wobei zwei Teile relativ zueinander gedreht werden, während sie unter Druck zusammengedrückt werden, um die Materialien, aus denen die Zusammensetzung besteht, zu mischen oder umzumischen, wobei die Druckrichtung weitgehend parallel zur Achse der relativen Drehung ist; und die Zusammensetzung extrudiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 11 bei dem beide Teile unverbrauchbar sind und die Materialien der Zusammensetzung zwischen den beiden Teilen vorgesehen sind.

3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem eines der Teile eine Hülse oder Haube und das andere einen in die Hülse oder Haube passenden Kolben aufweist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem eines der Teile ein verbrauchbares Teil ist, in dem die Materialien, aus denen die Zusammensetzung besteht, inkorporiert sind.

5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem das verbrauchbare Teil ein Ausgangsmaterial und ein Teilchenmaterial aufweist, so daß die Extrusion eine resultierende Matrix des Ausgangsmaterials aufweist.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder Anspruch 5, bei dem das verbrauchbare Teil von einer Buchse umgeben ist.

7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Zusammensetzung durch eine Öffnung in einem der Teile extrudiert wird und das Verfahren ferner eine Trennung der Extrusion von dem einen Teil umfaßt.

8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem eines der Teile eine Preßform aufweist.

9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem die Preßform die Extrusion der Zusammensetzung in Form eines Rohres bewirkt.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem eines der Teile ein Formwerkzeug aufweist.

11. Verfahren nach Anspruch 10, zurückbezogen auf Anspruch 4, bei dem das Formwerkzeug eine ebene Unterlage aufweist und ferner eine relative Querbewegung zwischen der Unterlage und dem verbrauchbaren Teil bewirkt wird, so daß die extrudierte Matrix längs der Unterlage abgelegt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem das Formwerkzeug ein Spritzformwerkzeug aufweist.

13. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die beiden Teile verbrauchbare Teile aufweisen und jedes Teil eine mittlere Bohrung enthält, bei dem sich gegenüberliegende Enden der Teile zusammengedrückt und relativ zueinander gedreht werden und die Zusammensetzung durch eine oder beide der mittleren Bohrungen hindurch extrudiert wird.

14. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem beide Teile verbrauchbare Teile aufweisen und die Teile zusammengedrückt und relativ zueinander gedreht werden, während ein Formwerkzeug um die Grenzfläche zwischen den Teilen herum angeordnet ist, um das extrudierte Material zu formen.

15. Verfahren zum Umformen eines metallischen Teils, bei dem das Teil gegen eine Preßform gedrückt wird, während das Teil und die Preßform relativ zueinander gedreht werden, so daß eine resultierende Reibungswärme eine plastifizierte Zone erzeugt; und das Teil durch eine Öffnung in der Preßform extrudiert wird, so daß der Durchgang des Teils durch die plastifizierte Zone eine gleichmäßige Verteilung irgendwelcher Diskontinuitäten oder Inhomogenitäten bewirkt.

16. Verfahren zum Umformen eines metallischen Teils, bei dem das Teil gegen eine Preßform gedrückt wird, während das Teil und die Preßform relativ zueinander gedreht werden, so daß eine Torsionsscherung in einer Zone stattfindet, die sich durch wenigstens einen Teil des Querschnitts des Teils erstreckt; und das Teil durch eine Öffnung in der Preßform extrudiert wird, so daß Ausgangsmaterial vor der Extrusionsphase erneut verteilt wird.

17. Verfahren nach Anspruch 16, bei dem sich die Zone über etwa 70 % des Querschnitts des Teils erstreckt.

18. Verfahren nach Anspruch 17, bei dem sich die Zone über den gesamten Durchmesser des Teils erstreckt.