EP0238478A2 - Strangpressmatrize - Google Patents

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Publication number
EP0238478A2
EP0238478A2 EP87890051A EP87890051A EP0238478A2 EP 0238478 A2 EP0238478 A2 EP 0238478A2 EP 87890051 A EP87890051 A EP 87890051A EP 87890051 A EP87890051 A EP 87890051A EP 0238478 A2 EP0238478 A2 EP 0238478A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
die
section
essentially
steel
opening
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Ceased
Application number
EP87890051A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0238478A3 (de
Inventor
Alexander Kohnhauser
Kurt Haberfellner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Boehler GmbH
Original Assignee
Vereinigte Edelstahlwerke AG
Boehler GmbH
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.)
Filing date
Publication date
Application filed by Vereinigte Edelstahlwerke AG, Boehler GmbH filed Critical Vereinigte Edelstahlwerke AG
Publication of EP0238478A2 publication Critical patent/EP0238478A2/de
Publication of EP0238478A3 publication Critical patent/EP0238478A3/de
Ceased legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES, PROFILES OR LIKE SEMI-MANUFACTURED PRODUCTS OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C25/00—Profiling tools for metal extruding
    • B21C25/02—Dies
    • B21C25/025—Selection of materials therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES, PROFILES OR LIKE SEMI-MANUFACTURED PRODUCTS OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C25/00—Profiling tools for metal extruding
    • B21C25/02—Dies

Definitions

  • the invention relates to a metallic die for the extrusion of metallic materials, preferably Al and its alloys, and non-ferrous metals, in particular Cu and its alloys, with a substantially disk-like flat die body with at least one opening, with a first opening section corresponding to the desired strand cross section in the pressing direction a further opening section connects, which is essentially transverse to the pressing direction at least identical, preferably essentially on all sides wider than the final shaping section.
  • the process of extruding metals is such that a block of the metal to be pressed is brought to the deformation temperature and, with the application of a high pressing pressure, forming a continuous metal strand or several such strands with the desired cross section through the shaping opening or several such openings of an extrusion die is pressed.
  • devices for extrusion have a block transducer with heat-resistant and pressure-resistant walls, into which the heated metal block is introduced, to which the required pressure, for example, is then applied, for example by means of a plunger movable in the block transducer. At its end, the block sensor is closed off by the extrusion die.
  • This itself can be held in a lateral position by a die holder, which includes it, for example, on the periphery, the die holder being supported in the pressing direction on a pressure plate arranged in the tool holder.
  • the die which is subjected to high mechanical stresses, is placed on one of its blocks
  • the side facing away from the space is supported as far as possible on the matrix support tool, which in turn is usually also supported on the aforementioned pressure plate of the tool holder.
  • dies with an essentially flat disk-like die body are used, with a shaping opening or openings being or being designed such that a first section, into which the Compressing metal arrives first, has a cross-sectional area and content that essentially corresponds to the end profile of the strand to be produced.
  • this end-forming breakthrough section merges into a further section, which in any case has at least the same cross-sectional area as the end-forming breakthrough, but usually in the manner of an undercut, in comparison to the first section, substantially widened or widened in all directions transverse to the strand movement direction has widening cross section.
  • the transition from the end-forming first section to the expanded following section is usually relatively sharp-edged.
  • the end-forming breakthrough section on the inlet side may have no or only a very short, approximately conical inlet section.
  • the materials used for the extrusion dies described which can be selected differently depending on the non-ferrous metal to be pressed, have been sawn from hot-worked steel, for example those made of material, for the extrusion of aluminum and its alloys 1.2343, 1.2344, 1.2567 used in hardened and tempered or subsequently nitrided condition.
  • Such matrices for aluminum are suitable for working temperatures in the range of 450 ° C, which occur at the usual extrusion speeds.
  • the temperature of the heated block is higher, namely in the range of about 750 - 1040 °
  • commonly used dies are used, which are coated with high-alloy hot-work steel, eg material no. 1.2581, 1.2678, 1.2886 or 1.2888, with precipitation-hardening Cu or Mo-Ni steels, e.g. 1.6354 or with special alloys, especially those based on Co, Ni or Mo, are used.
  • high-speed high-speed steels for the extrusion of aluminum or its alloys, as well as cobalt, molybdenum or nickel-based alloys for copper and its alloys for dies with more complicated shaped openings, with openings of larger cross-sectional area and for Matrices with a plurality of breakthroughs showed that the usability of the hard materials mentioned is limited by the occurrence of heat and fire cracks, so that the tools usually have to be mechanically and thermally reworked or re-treated after a short period of use, which is expensive and too leads to increased downtimes.
  • the invention has set itself the task of creating extrusion dies in which, despite the use of increased pressing speeds, the disadvantages described do not occur and in which, with a long service life, the extrusion of the metals and alloys mentioned is possible with increased throughput, the risk of cracking mentioned being complicated even shaped breakthroughs of the die is no longer present and the described shrinkage does not occur.
  • the invention relates to a metallic die for Extrusion of metallic materials, preferably non-ferrous metals, such as in particular Al and Cu and their alloys with a substantially disk-like die body with at least one opening, with a further opening section adjoining the desired extrusion cross section in the metal movement direction, which is essentially identical at least transversely to the pressing direction , preferably is substantially wider on all sides than the final shaping section, which essentially consists in the fact that the die body is constructed from at least two die parts, which are made of different metallic materials and which are joined together by at least two die parts which adjoin one another over at least one, preferably essentially flat, surface extending transversely to the pressing direction the first at least the entire final shaping breakthrough section and the further essentially the subsequent further breakthrough section which preferably has an exemption
  • the die part with the final shaping section made of a material with high wear and heat resistance, preferably high-alloy hot-work steel, high-speed steel, precipitation hardener or superalloy, in particular on a Co, Ni or Mo basis
  • the materials for the wear-resistant die part advantageously have HRC values of over 43, preferably over 50, at their respective operating temperatures.
  • Favorable values of the strength of the supporting die part are over 700, preferably over 1000 N / mm2, the impact work can be over 150, preferably over 200 J / cm2. Due to the identical metallic integral composite without foreign metal between the materials of the die parts and their mutual support function, the occurrence of the hot and fire cracks described above in the high-temperature and wear-resistant material can be practically completely eliminated, and extrusion dies are obtained which have a longer service life with a significantly increased throughput . The mentioned problems of shrinkage do not occur with the matrices that are held.
  • the layer structure means that a large part of the expensive, highly heat-resistant material can be saved.
  • the new extrusion matrices can be obtained by one of the known layer or composite steel manufacturing processes are, for example by forging, explosion or rolling composite, by, preferably hot isostatic pressing, or the like, the latter, optionally with subsequent deformation steps, such as forging or rolling.
  • the matrices according to the invention can also be used in a different way with high efficiency, with a homogeneous, high-strength metallic composite on the composite surface of the two die parts, with the advantage that both have a fiber course, essentially transverse to the pressing direction Manufacture difficult to connect materials by rolling.
  • sheet metal which is formed with the different metallic materials and is to be joined together flat, is arranged one above the other after straightening and cleaning, welded gas-tight at the edges and close to the solidus temperature, for example at about 1150 ° C., for example about 2 to 2.5 times Rolled deformation, the different deformation resistances of the two materials being taken into account when choosing the thickness of the sheets used, taking into account the desired thickness ratios of the two die parts.
  • the ratio of the thicknesses of the two die parts which are integrally metallically connected to one another, namely that with the heat-resistant, wear-resistant steel to that with the heat-resistant steel, should not exceed 1: 1, since otherwise susceptibility to cracks or shrinkage can occur. It is particularly preferred if the die part having the essentially final shaping opening section has a thickness which is about 0.45 to a fifth, preferably about a third to a quarter, of the total thickness of the die body.
  • rolled-bonded layer steel was used in the combination of hot-work steel 1.2344 with high-speed steel 1.3343, the thickness of the support being 1.3343 4 mm with a total thickness of 20 mm.
  • Production was carried out by roll cladding, whereby a homogeneous metallic bond was achieved.
  • circular blanks with a diameter of 180 mm were removed, pre-machined on the outer jacket and on the flat sides, and the starting holes for wire EDM were made.
  • the subsequent heat treatment was carried out in a salt bath at a temperature of 1150 ° C with quenching in a warm bath of 520 - 540 ° C.
  • the dies were then tempered twice at 620 ° C, bringing the hardness of the high-speed steel to 51 HRC.
  • the finishing was then carried out, with circularly arranged, 10 approximately square-C-shaped profile openings with a width of 2.5 mm being worked out by means of wire EDM.
  • a relaxing tempering was carried out at 580 ° C after the electrical discharge machining.
  • salt bath nitriding was carried out, the immersion time being set to 10 minutes.
  • This die was used on a 16 MN press for pressing AlMgSiO, 5. It was compared to conventional, made of steel material no. 1.2344 (nitrided) matrices increased the service life to about 4 times.
  • Layer steel matrices produced by roll plating were used in the combination of a steel with 0.40% C, 2.6% Cr, 2.6% Mo, 0.9% V, 0.3% Nb, 0.005% B as a carrier material and a cobalt-based alloy, material No. 2.4979 with 0.05% C, 0.27% Cr, 6.0% Mo, 62.0% Co and 4.0% Fe as a heat-resistant material.
  • the total thickness of the disk-shaped die was 35 mm, the wear-resistant die part being 10 mm thick.
  • the die After the compound rolling, the die was provided in the hard-rolled state by means of spark erosion with 4 openings, which had a cross-shaped branching.
  • the heat treatment was then carried out in the form of curing at 700 ° C - 10 h / air, after which manufacturing work is carried out.
  • the strength of the highly wear-resistant die part was 372 HB and that of the load-bearing part was 357 HB.
  • a particular advantage was found that, due to the metallic composite, the known release of the die insert from the socket caused by shrinking the Co-base alloy when it forms the die body alone did not occur, and the formation of fire cracks was also not observed.
  • the service life when pressing the above-mentioned profiles from a Cu base alloy at 840 ° and 16 MN pressing force was increased to about 2.5 times that of flat dies made in one piece from the Co base alloy.
  • the drawing shows a section along the axis through a die 1 according to the invention for aluminum or Al with small additions of alloys such as Mn, Mg, Si, whose die body 10, which is identical to it, is constructed here with two die parts 2 and 3, which are essentially on a common one to the matrix body main surfaces 20 and 30 parallel surface 23 with each other metallic lumpy die body 10 are connected. With r the direction of metal movement is designated.
  • the die part 2 is made of a highly heat and wear-resistant metallic material or steel, while the die part 3 is made of a medium-alloy, heat-resistant steel.
  • the die part 2 Arranged in the die part 2 in its entirety is the end-forming breakthrough section 25 as well as a small part of the more conically diverging start of the outlet section 35 of the breakthrough which follows it with sharp edges, while the die part 3 essentially has the breakthrough section 35 widening in the direction r. On the inlet side, the edge of the first breakthrough section 25 is broken by an extremely short inlet cone 26.
  • the thicknesses of the two die parts 2 and 3 are 1: 3.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Extrusion Of Metal (AREA)

Abstract

Metallische Matrize zum Strangpressen von metallischen Werkstoffen, vorzugsweise Al und dessen Legierungen, und/­oder Buntmetallen, insbesondere Cu und dessen Legierungen, mit im wesentlichen scheibenartigem Matrizenkörper mit zu­mindest einem Durchbruch, wobei an einen dem gewünschten Strangquerschnitt entsprechenden ersten Durchbruchs-Ab-­schnitt in Preßrichtung ein weiterer Durchbruchs-Abschnitt anschließt, der im wesentlichen quer zur Preßrichtung zu­mindest identisch, vorzugsweise im wesentlichen allseitig weiter ist als der endformgebende Abschnitt, wobei der Matrizenkörper (10) mit zumindest zwei über eine, vorzugs­weise im wesentlichen ebene, quer zur Preßrichtung sich er­streckende Fläche (23) aneinander schließenden, Matrizen­teilen (2, 3) aus unterschiedlichen metallischen Werkstoffen aufgebaut ist, deren erster zumindest den gesamten endform­gebenden Durchbruchs-Abschnitt (25) und der andere im we­sentlichen den, vorzugsweise eine Freistellung aufweisen­den, anschließenden weiteren Durchbruchs-Abschnitt (35) aufweisen, wobei der Matrizenteil (2) mit dem endformgeben­den Abschnitt (25) aus einem Werkstoff mit hoher Verschleiß­und Warmfestigkeit, vorzugsweise hochlegiertem Warmarbeits­stahl, Schnellarbeitsstahl oder Superlegierung, insbeson­dere auf Co-, Ni- oder Mo-Basis, und der Matrizenteil (3) mit der Freistellung aus einem zähfesten wärmebeständigen Stahl, vorzugsweise einem mittellegierten Warmarbeitsstahl, gebildet sind, und die genannten Matrizenteile (2, 3) über die genannte Fläche (23) artgleich metallisch miteinander zum einstückigen Matrizenkörper verbunden sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine metallische Matrize zum Strang­pressen von metallischen Werkstoffen, vorzugsweise Al und dessen Legierungen, und Buntmetallen, insbesondere Cu und dessen Legierungen, mit im wesentlichen scheibenartig fla­chem Matrizenkörper mit zumindest einem Durchbruch, wobei an einen, dem gewünschten Strangquerschnitt entsprechenden ersten Durchbruchs-Abschnitt in Preßrichtung ein weiterer Durchbruchs-Abschnitt anschließt, der im wesentlichen quer zur Preßrichtung zumindest identisch, vorzugsweise im we­sentlichen allseitig weiter ist als der endformgebende Ab­schnitt.
  • Im wesentlichen wird beim Strangpressen von Metallen so vor­gegangen, daß ein Block des zu verpressenden Metalles auf Ver­formungstemperatur gebracht wird und unter Aufbringung eines hohen Preßdruckes unter Ausbildung eines kontinuierlichen Metallstranges oder mehrerer solcher Stränge mit gewünschtem Querschnitt durch die formgebende Öffnung oder mehrere solche Öffnungen einer Strangpreßmatrize hindurch gepreßt wird. Im wesentlichen weisen Vorrichtungen zum Strangpressen einen Blockaufnehmer mit hitze- und druckfesten Wandungen auf, in welchen der erhitzte Metallblock eingebracht wird, auf wel­chen dann z.B. mittels im Blockaufnehmer verschieblichen Preßstempels der jeweils nötige Preßdruck aufgebracht wird. An seiner Stirnseite ist der Blockaufnehmer von der Strang­preßmatrize abgeschlossen. Diese selbst kann zur Halterung in seitlicher Position von einem Matrizenhalter, welcher sie z.B. an der Peripherie umfaßt, gehalten sein, wobei der Matrizenhalter in Preßrichtung hin an einer im Werkzeug­halter angeordneten Druckplatte abgestützt ist. In Richtung der Strangbewegung wird die hohen mechanischen Beanspruchun­gen ausgesetzte Matrize von einem an ihrer dem Blockaufnahme­ raum abgewandten Seite möglichst großflächig anliegenden Matrizenstützwerkzeug abgestützt, welches seinerseits üblicherweise ebenfalls an der vorerwähnten Druckplatte des Werkzeughalters abgestützt ist.
  • Für das Strangpressen von Nichteisenmetallen und deren Le­gierungen, wie insbesonders Aluminium oder Kupfer sowie deren Legierungen werden Matrizen mit im wesentlichen fla­chen scheibenartigem Matrizenkörper eingeetzt, wobei ein formgebender Durchbruch oder mehrere Durchbrüche so gestal­tet ist bzw. sind, daß ein erster Abschnitt, in den das zu verpressende Metall zuerst gelangt, eine Querschnitts-Fläche und -Gehalt aufweist, die im wesentlichen schon dem Endprofil des herzustellenden Stranges entspricht. In Metallbewegungs­richtung geht dieser endformende Durchbruchsabschnitt in ei­nen weiteren Abschnitt über, welcher jedenfalls zumindest die gleiche Querschnittsfläche aufweist, wie der endformende Durchbruch, üblicherweise aber etwa nach Art einer Hinter­schneidung einen im Vergleich zum ersten Abschnitt im we­sentlichen nach allen Richtungen quer zur Strangbewegungs­richtung erweiterten bzw. sich erweiternden Querschnitt auf­weist. Der Übergang vom endformenden ersten Abschnitt zum erweiterten folgenden Abschnitt ist üblicherweise relativ scharfkantig ausgebildet. Bei Matrizen für das Verpressen von Aluminium und Kupfer und deren Legierungen weist der endformende Durchbruchsabschnitt an der Einlaufseite ge­gebenenfalls überhaupt keinen oder einen nur sehr kurzen, etwa konischen Einlaufabschnitt auf.
  • Als Werkstoffe für die beschriebenen Strangpreßmatrizen, die je nach zu verpressendem Buntmetall verschieden zu wählen sind, wurden für das Strangpressen von Aluminium und dessen Legierungen bisher aus sonderbehandeltem Stabstahl gesägte Scheiben aus Warmarbeitsstählen, z.B. solchen der Werkstoff­ Nr. 1.2343, 1.2344, 1.2567 im gehärteten und angelassenen bzw. nachträglich nitrierten Zustand eingesetzt. Derartige Matrizen für Aluminium sind für Arbeits- temperaturen im Be­reich von 450°C, die bei bisher üblichen Strangpreßge­schwindigkeiten auftreten, geeignet. Für das Strangpressen von Kupfer und dessen Legierungen, wo die Temperatur des er­hitzten Blockes höher und zwar im Bereich von etwa 750 - 1040° liegt, kommen üblicherweise gefaßte Matrizen, die mit hoch­legiertem Warmarbeitsstahl, z.B. Werkstoff-Nr. 1.2581, 1.2678, 1.2886 bzw. 1.2888, mit ausscheidungshärtenden Cu- oder Mo- Ni-Stählen, z.B. 1.6354 oder mit Sonderlegierungen, insbesondere auf Basis von Co, Ni oder Mo gefertigt sind, zum Einsatz.
  • Im Zuge der Bestrebungen, die Wirtschaftlichkeit der Strang­preßmethode zu erhöhen, besteht die Forderung nach Matrizen­werkstoffen, welche höhere Preßgeschwindigkeiten als bisher, bei denen am Durchbruch und in der Matrize höhere Tempera­turen auftreten, zulassen. Gleichzeitig sollen Durchbrüche der Matrize mit komplizierten Querschnittsformen möglich sein und die Matrize soll durch Vorsehen mehrerer Durch­brüche noch wirtschaftlicher gestaltet werden können. Z.B. treten bei den dabei zur Anwendung kommenden hohen Preß­kräften im Bereich von 7000 t bei Aluminium bei Blocktempe­raturen von 450°C am Durchbruch Temperaturen von 600 - 640°C auf, der übrige Matrizenkörper erhitzt sich etwa auf 550 - 580°C und die Werkzeughalterung liegt im Bereich von 200°C. Um den infolge der erhöhten Preßdrucke und -geschwin­digkeiten wesentlich erhöhten Beanspruchungen hinsichtlich mechanischer Belastbarkeit, Temperatur und Verschleiß ge­recht zu werden, wurde versucht, Strangpreßmatrizen aus me­tallischen Werkstoffen einzusetzen, deren Warmfestigkeit und Warmverschleißwiderstand durch erhöhte Gehalte an Le­gierungskomponenten erhöht sind. Diese Erhöhung des Anteiles an Legierungselementen bringt jedoch eine Verschlechterung der Warmzähigkeitseigenschaften mit sich. Gerade diese sind jedoch im Hinblick auf die gesteigerte mechanische und thermische Belastung und darauf, daß Profile mit komplizier­ten Formen herstellbar sein sollen, besonders wichtig. Es hat sich bei Einsatz von hochlegierten Stählen, z.B. Hoch­geschwindigkeitsschnellstählen für das Strangpressen von Aluminium bzw. dessen Legierungen, sowie von Kobalt-, Molybdän- oder Nickel-Basislegierungen für Kupfer und des­sen Legierungen für Matrizen mit komplizierter geformten Durchbrüchen, mit Durchbrüchen größerer Querschnittsfläche und für Matrizen mit einer Mehrzahl von Durchbrüchen ge­zeigt, daß die Verwendbarkeit der genannten harten Werk­stoffe durch Auftreten von Wärme- und Brand-Rissen be­schränkt ist, sodaß die Werkzeuge meist schon nach kurzem Einsatz mechanisch und thermisch nachbearbeitet bzw. nach­behandelt werden müssen, was aufwendig ist und zu erhöhten Stillstandzeiten führt. Die Sonderlegierungen auf Basis Co, Mo, Ni, wie sie für Bronze-, Messing- und Kupfer-Preßmatri­zen eingesetzt werden, zeigen die Tendenz, im Betrieb zu schrumpfen, sodaß sie nach längerer Gebrauchsdauer nicht mehr fest in ihren Fassungen gehalten sind.
  • Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, Strangpreß­matrizen zu schaffen, bei welchen trotz der Anwendung ge­steigerter Preßgeschwindigkeiten die beschriebenen Nachtei­le nicht auftreten und bei welchen bei hohen Standzeiten das Strangpressen der genannten Metalle und Legierungen mit erhöhtem Durchsatz ermöglicht ist, wobei die erwähnte Riß­bildungsgefahr selbst bei kompliziert geformten Durchbrüchen der Matrize nicht mehr gegeben ist und die beschriebene Schrumpfung nicht auftritt.
  • Gegenstand der Erfindung ist eine metallische Matrize zum Strangpressen von metallischen Werkstoffen, vorzugsweise Buntmetallen, wie insbesondere Al und Cu und deren Legie­rungen mit im wesentlichen scheibenartigem Matrizenkörper mit zumindest einem Durchbruch, wobei an einen dem ge­wünschten Strangquerschnitt entsprechenden ersten Durch­bruchsabschnitt in Metallbewegungsrichtung ein weiterer Durchbruchsabschnitt anschließt, der im wesentlichen quer zur Preßrichtung zumindest identisch, vorzugsweise im we­sentlichen allseitig weiter ist als der endformgebende Ab­schnitt, die im wesentlichen darin besteht, daß der Matri­zenkörper mit zumindest zwei über zumindest eine, vorzugs­weise im wesentlichen ebene, quer zur Preßrichtung sich er­streckende Fläche aneinander schließenden Matrizenteilen aus unterschiedlichen metallischen Werkstoffen aufgebaut ist, deren erster zumindest den gesamten endformgebenden Durchbruchsabschnitt und der weitere im wesentlichen den vorzugsweise eine Freistellung aufweisenden anschließen­den weiteren Durchbruchsabschnitt, aufweist, wobei der Ma­trizenteil mit dem endformgebenden Abschnitt aus einem Werkstoff mit hoher Verschleiß- und Warmfestigkeit, vor­zugsweise hochlegiertem Warmarbeitsstahl, Schnellarbeits­stahl, Ausscheidungshärter bzw. Superlegierung, insbeson­dere auf Co-, Ni- oder Mo-Basis, und der Matrizenteil mit der Freistellung aus einem zähfesten wärmebeständiger Stahl, vorzugsweise einem mittelegierten Warmarbeitsstahl gebildet sind und die genannten Matrizenteile über die ge­nannte Fläche artgleich metallisch miteinander zum ein­stückigen Matrizenkörper verbunden sind. Bei der neuen mit Verbundwerkstoff aufgebauten Matrize ist eine Beschränkung auf einfachere Matrizendurchbrüche nicht mehr erforderlich, vielmehr kann, wie sich zeigte, da der weniger warmzähe aber warmverschleißfeste Auflagewerkstoff, der mit dem er­hitzten Metall in Kontakt steht, vom integral flächig mit ihm verbundenen warzähen und warmfesten Unterlagswerkstoff voll abgestützt ist, auch die bisherige Begrenzung der Größe des Matrizendurchbruchs wegfallen, und es können problemlos auch mehrere kompliziert geformte Durchbrüche im Matrizenkörper angeordnet werden. Durch den Schicht­aufbau mit artgleich metallischem Verbund selbst werden we­sentlich erhöhte mechanische Festigkeit und Stabilität quer zur Verbundfläche erreicht. Es ist also bei der neuen und mit relativ geringem Aufwand herstellbaren flachen Schicht-Matarize die für den endformenden Durchbruch ge­forderte Verschleißfestigkeit bei hohen Temperaturen, z.B. von hochlegierten Warmarbeits-und/oder Schnellstählen mit der hohen Warmzähigkeit und den guten mechanischen Festigkeiten bei erhöhter Temperatur der bisher für Matri­zen verwendeten und bewährten Werkstoffe kombiniert. Die Werkstoffe für den verschleißfesten Matrizenteil weisen bei ihrer jeweiligen Einsatztemperatur vorteilhafterweise HRC-Werte von über 43, vorzugsweise über 50 auf. Günstige Werte der Festigkeit des tragenden Matrizenteiles betragen über 700, vorzugsweise über 1000 N/mm², die Schlagarbeit kann bei über 150, vorzugsweise über 200 J/cm² liegen. Durch den artgleichen metallischen integralen Verbund ohne Fremdmetall zwischen den Werkstoffen der Matrizenteile und deren gegenseitige Stützfunktion läßt sich das Auftreten der oben beschriebenen Warm- und Brandrisse im hochwarm­und verschleißfesten Werkstoff praktisch völlig ausschalten, und es werden Strangpreßmatrizen erhalten, welche bei we­sentlich erhöhtem Durchsatz erhöhte Lebensdauer aufweisen. Die erwähnten Probleme des Schrumpfens bei den gefaßten Matrizen treten nicht auf. Durch den Schichtaufbau kann ein Großteil des teuren, hochwarmverschleißfesten Werk­stoffes eingespart werden.
  • Die neuen Strangpreßmatrizen können nach einem der bekannten Schicht- bzw. Verbundstahl-Herstellungsverfahren erhalten werden, beispielsweise durch Schmiede-, Explosions- oder Walz-Verbund, durch, vorzugsweise heißisostatisches Pres­sen, od. dgl., letztgenanntes gegebenenfalls mit nach­folgenden Verformungsschritten, wie z.B. Schmieden oder Walzen. Mit hoher Wirtschaftlichkeit, wobei ein homogener hochfester metallischer Verbund an der Verbundfläche der beiden Matrizenteile, wobei der Vorteil gegeben ist, daß beide einen Faserverlauf, im wesentlichen quer zur Preß­richtung aufweisen, erreichbar ist, lassen sich die er­findungsgemäßen Matrizen auch bei Einsatz miteinander auf andere Weise nur schwierig verbindbarer Werkstoffe durch Walzen herstellen. Bei dieser Herstellungsart werden üb­licherweise mit den unterschiedlichen metallischen Werk­stoffen gebildete, miteinander flächig zu verbindende Bleche nach Richten und Säubern übereinander angeordnet, an den Rändern gasdicht verschweißt und nahe der Solidus­temperatur, z.B. etwa bei 1150°C unter beispielsweise et­wa 2 bis 2,5-facher Verformung gewalzt, wobei bei der Wahl der Dicke der eingesetzten Bleche unter Berücksichtigung der gewünschten Dickenverhältnisse der beiden Matrizenteile auf die unterschiedlichen Verformungswiderstände der beiden Werkstoffe Rücksicht genommen wird.
  • Es wurde gefunden, daß das Verhältnis der Dicken der bei­den einstückig miteinander metallisch verbundenen Matrizen­teile und zwar jenes mit dem hochwarmfsten verschließfesten Stahl zu jenem mit dem warmzähen Stahl nicht über 1 : 1 lie­gen soll, da sonst Rißanfälligkeit bzw. Schrumpfung auftre­ten können. Besonders bevorzugt ist es, wenn der den im we­sentlichen endformenden Durchbruchsabschnitt aufweisende Matrizenteil eine Dicke aufweist, die etwa 0,45 bis ein Fünftel, vorzugsweise etwa ein Drittel bis ein Viertel der Gesamtdicke des Matrizenkörpers beträgt. Durch das Über­wiegen des tragenden Matrizenteiles ist genügend Anteil an Warmzähigkeit gegeben, wodurch die Rißanfälligkeit des hochverschleißfesten Werkstoffes des entsprechenden Ma­trizenteiles ausgeschaltet ist, und es kann der hohen me­chanischen Beanspruchung insbesondere in axialer Richtung, welche Folge der hohen Preßdrücke ist, besonders gut Rech­nung getragen werden. Insbesondere für das Strangpressen von Al und Cu und deren Legierungen sind diese Dickenver­hältnisse der beiden Matrizenteile zueinander von Vorteil, wobei für das Pressen dieser Werkstoffe nur kurze endformen­de Durchbruchsabschnitte notwendig sind. Die Einarbeitung der Durchbrüche und auch der Freistellung im tragenden Matrizenteil kann vorteilhaft mittels Drahterosion vorge­nommen werden, welche hohe Genauigkeit ermöglicht.
  • Für die erfindungsgemäßen Matrizen haben sich die folgenden Werkstoffkombinationen im praktischen Betrieb als besonders vorteilhaft erwiesen, die Erfindung ist aber darauf nicht beschränkt. Für den den üblicherweise erweiterten Durch­bruchsabschnitt aufweisenden Matrizenteil eignen sich be­sonders mittellegierte Warmarbeitsstähle, wie z.B. solche mit den Werkstoff-Nr. 1.2343, 1.2344, 1.2567, welche für die bisher üblichen mit nur einem Werkstoff gefertigten Al-Strangpreßmatrizen herangezogen wurden. Für den den end­formenden Durchbruchsabschnitt aufweisenden Matrizenteil werden je nach für das Verpressen notwendiger Temperatur vorteilhaft hochlegierte Warmarbeitsstähle, z.B. Werkstoff-­Nr. 1.2886, Schnellarbeitsstähle, z.B. Werkstoff-Nr. 1.3343, 1.3243, Ausscheidungshärter, z.B. 1.6354 oder hochwarmfeste Sonderlegierungen, z.B. mit den Werkstoff-Nr. 2.4979 und 2.4686 eingesetzt. Die folgende Tabelle erläutert die kon­kret genannten Werkstoffe, welche für die erfindungsgemäßen Verbund-Preßmatrizen vorteilhaft verwendet werden können.
    Figure imgb0001
  • Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung näher:
    • Beispiel 1:
  • Für Matrizen für das Strangpressen von Al-Profilen wurde walzverbundener Schichtstahl in der Kombination Warmar­beitsstahl 1.2344 mit Schnellstahl 1.3343, wobei bei ei­ner Gesamtstärke von 20 mm die Dicke der Auflage mit 1.3343 4 mm betrug, herangezogen. Die Fertigung erfolgte durch Walzplattieren, wobei homogener metallischer Verbund erreicht wurde. Nach dem Weichglühen des Verbundbleches wurden Ronden mit Ø 180 mm entnommen, am Außenmantel und an den Planseiten vorbearbeitet und es wurden die Start­löcher für das Drahterodieren angebracht. Die anschließende Wärmebehandlung erfolgte im Salzbad mit einer Temperatur von 1150°C mit Abschrecken im Warmbad von 520 - 540°C. Danach wurden die Matrizen zweimal bei 620°C angelassen, wodurch die Härte des Schnellstahls auf einen Wert von 51 HRC gebracht wurde. Danach erfolgte die Fertigbearbei­tung, wobei kreisförmig angeordnet, 10 etwa eckig-C-förmi­ge Profil-Durchbrüche mit 2,5 mm Breite mittels Drahtero­dierensherausgearbeitet wurden. Zum Spannungsabbau wurde nach dem funkenerosiven Bearbeiten ein entspannendes An­lassen bei 580°C vorgenommen. Wie bei den bisher verwen­deten Matrizen wurde ein Salzbadnitrieren vorgenommen, wo­bei die Tauchzeit auf 10 min eingestellt wurde. Diese Ma­trize wurde auf einer 16 MN-Presse für das Verpressen von AlMgSiO,5 eingesetzt. Es wurde gegenüber konventionellen, aus Stahl der Werkstoff-Nr. 1.2344 (nitriert) gefertigten Matrizen die Standzeit auf das etwa 4-Fache erhöht.
    • Beispiel 2:
  • Es wurden durch Walzplattieren hergestellte Schichtstahl-­Matrizen in der Kombination eines Stahles mit 0,40 % C, 2,6 % Cr, 2,6 % Mo, 0,9 % V, 0,3 % Nb, 0,005 % B als Träger­ werkstoff und einer Kobaltbasislegierung, Werkstoff Nr. 2.4979 mit 0,05 % C, 0,27 % Cr, 6,0 % Mo, 62,0 % Co und 4,0 % Fe als hochwarmfestem Werkstoff eingesetzt. Die Ge­samtdicke der scheibenförmigen Matrize betrug 35 mm, wo­bei der verschleißfeste Matrizenteil 10 mm Dicke aufwies.
  • Nach dem Verbundwalzen wurde die Matrize im walzhartem Zu­stand auf funkenerosivem Wege mit 4 etwa kreuzartig ver­zweigtes Profil aufweisenden Durchbrüchen versehen. Die Wärmebehandlung erfolgte anschließend in Form einer Aus­härtung bei 700°C - 10 h/Luft, wonach Fertigungsbearbei­tung erfolgt. Die Festigkeit des hochverschleißfesten Ma­trizenteiles lag bei 372 HB und jene des tragenden Teiles bei 357 HB. Als besonderer Vorteil zeigte sich, daß infolge des metallischen Verbundes das bekannte, durch Schrumpfen der Co-Basislegierung wenn diese alleine den Matrizenkörper bildet, hervorgerufene Lösen des Matrizeneinsatzes aus der Fassung nicht auftritt, und auch die Bildung von Brand­rissen nicht zu beobachten war. Die Standzeit beim Pressen der genannten Profile aus einer Cu-Basislegierung bei 840° und 16 MN Preßkraft wurde gegenüber einstückig aus der Co-­Basislegierung gefertigten Flachmatrizen auf das etwa 2,5-Fache erhöht.
  • Anhand der Zeichnung wird die Erfindung weiters näher er­läutert.
  • Die Zeichnung zeigt einen Schnitt entlang der Achse durch eine erfindungsgemäße Matrize 1 für Aluminium bzw. Al mit geringen Legierungszusätzen wie Mn, Mg, Si, deren hier mit ihr identischer Matrizenkörper 10 mit zwei Matrizenteilen 2 und 3 aufgebaut ist, welche an einer gemeinsamen im we­sentlichen zu den Matrizenkörper-Hauptflächen 20 und 30 parallelen Fläche 23 miteinander metallisch zu dem ein­ stückigen Matrizenkörper 10 verbunden sind. Mit r ist die Metallbewegungsrichtung bezeichnet. Der Matrizenteil 2 ist aus einem hochwarm- und hochverschleißfesten metal­lischen Werkstoff bzw.Stahl, gebildet, während der Matri­zenteil 3 aus einem mittellegierten warmzähen Stahl ge­bildet ist. Im Matrizenteil 2 ist in seiner Gesamtheit der endformende Durchbruchsabschnitt 25 sowie ein geringer Teil des an ihn scharfkantig anschließenden stärker konisch auseinanderlaufenden Beginns des Auslaufabschnittes 35 des Durchbruches angeordnet, während der Matrizenteil 3 im we­sentlichen den sich in Richtung r erweiternden Durchbruchs­abschnitt 35 aufweist. Einlaufseitig ist die Kante des ersten Durchbruchsabschnittes 25 durch einen äußerst kur­zen Einlaufkonus 26 gebrochen. Die Dicken der beiden Ma­trizenteile 2 und 3 verhalten sich zueinander wie 1 : 3.

Claims (4)

1. Metallische Matrize zum Strangpressen von metallischen Werkstoffen, vorzugsweise Al und dessen Legierungen, und/­oder Buntmetallen, insbesondere Cu und dessen Legierungen, mit im wesentlichen scheibenartigem Matrizenkôrper mit zumindest einem Durchbruch, wobei an einen dem gewünsch­ten Strangquerschnitt entsprechenden ersten Durchbruchs-­Abschnitt in Preßrichtung ein weiterer Durchbruchs-Abschnitt anschließt, der im wesentlichen quer zur Preßrichtung zu­mindest identisch, vorzugsweise im wesentlichen allseitig weiter ist als der endformgebende Abschnitt, dadurch ge­kennzeichnet, daß der Matrizenkörper (10) mit zumindest zwei über eine, vorzugsweise im wesentlichen ebene, quer zur Preßrichtung sich erstreckende Fläche (23) aneinander schließenden, Matrizenteilen (2, 3) aus unterschiedlichen metallischen Werkstoffen aufgebaut ist, deren erster zu­mindest den gesamten endformgebenden Durchbruchs-Abschnitt (25) und der andere im wesentlichen den, vorzugsweise ei­ne Freistellung aufweisenden, anschließenden weiteren Durchbruchs-Abschnitt (35) aufweisen, wobei der Matrizen­teil (2) mit dem endformgebenden Abschnitt (25) aus einem Werkstoff mit hoher Verschleiß- und Warmfestigkeit, vor­zugsweise hochlegiertem Warmarbeitsstahl, Schnellarbeits­stahl oder Superlegierung, isnbesondere auf Co-, Ni- oder Mo-Basis, und der Matrizenteil (3) mit der Freistellung aus einem zähfesten wärmebeständigen Stahl, vorzugsweise einem mittellegierten Warmarbeitsstahl, gebildet sind, und die genannten Matrizenteile (2, 3) über die genannte Fläche (23) artgleich metallisch miteinander zum ein­stückigen Matrizenkörper verbunden sind.
2. Matrize nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrizenteile (2, 3) einen Faserverlauf im wesentlichen quer zur Erstreckung des Durchbruches (2, 3) aufweisen.
3. Matrize nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Matarizenteile (2, 3) durch Walzverbund miteinan­der artgleich metallisch verbunden sind.
4. Matrize nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­kennzeichnet, daß der den im wesentlichen endformenden Durchbruchsabschnitt (25) aufweisende Matrizenteil (2) eine Dicke aufweist, die das 0,45- bis 0,2-Fache, vor­zugsweise das 0,33- bis 0,25-Fache der Gesamtdicke des Matrizenkörpers (10) beträgt.
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