EP1266973A2 - Verfahren zur Herstellung eines leichtgewichtigen Formkörpers und Formkörper aus Metallschaum - Google Patents

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EP1266973A2
EP1266973A2 EP02450137A EP02450137A EP1266973A2 EP 1266973 A2 EP1266973 A2 EP 1266973A2 EP 02450137 A EP02450137 A EP 02450137A EP 02450137 A EP02450137 A EP 02450137A EP 1266973 A2 EP1266973 A2 EP 1266973A2
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EP
European Patent Office
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metal
cavities
metal foam
particles
shaped body
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EP02450137A
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EP1266973B1 (de
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Franz Dobesberger
Herbert Flankl
Dietmar Leitlmeier
Alois Birgmann
Peter Schulz
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Huette Klein Reichenbach GmbH
Original Assignee
Huette Klein Reichenbach GmbH
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Publication date
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Publication of EP1266973A3 publication Critical patent/EP1266973A3/de
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    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
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    • B22F3/10—Sintering only
    • B22F3/11—Making porous workpieces or articles
    • B22F3/1103—Making porous workpieces or articles with particular physical characteristics
    • B22F2003/1106—Product comprising closed porosity
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    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2998/00—Supplementary information concerning processes or compositions relating to powder metallurgy

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a lightweight Shaped body, in which from a particle metal melt through Introducing gas or gas mixtures into a metal foam formed this at least partially introduced into a mold and its liquid phase in it is frozen.
  • the invention further comprises a lightweight molded body made of metal foam consisting of a metal matrix, in which particles are embedded and which a variety of substantially spherical and / or substantially ellipsoidal Encloses cavities.
  • Moldings made of metal foam naturally have a low density and have special mechanical material properties due to the structure.
  • Moldings made of metal foam naturally have a low density and have special mechanical material properties due to the structure.
  • Such bodies when applying two- or three-dimensional Compression stresses large deformations with degrees of compression up to 70% and more become.
  • These materials with special properties are in the technological Application, for example as an energy absorber in automotive engineering and the like, can be used with advantage.
  • EP-483 184 B describes a method for producing a particle-reinforced one Metal foam has become known, according to which cell-forming gas in a Introduced metal melt with finely divided reinforcing agents, foamed metal composite material formed and from the surface of the melted material, the accumulated foam is removed and solidified is left.
  • this metal foam has bubbles of uncontrolled size or size distribution, resulting in a highly blurred property profile of the Foam or molded body results as well as functional uncertainties he brings.
  • Another lightweight metal body according to EP 545 957 B1 and US 5 221 234 has a large number of closed and isolated, generally spherical pores with sizes in the range from 10 to 500 ⁇ m. Such small pores with large differences in diameter can indeed give a metal body formed with aluminum a lower specific weight than the solid material, a density of less than 1.0 g / cm 3 and a degree of compression of over 60% of the material under defined conditions are usually not reachable.
  • the invention seeks to remedy the situation and aims at a method of type mentioned for the manufacture of a lightweight molded body specify with which the inner body structure can be formed such that the Material has essentially precise mechanical characteristics.
  • the object of the invention is achieved in that a flowable metal foam with a monomodal distribution of the dimensions of the cavities and one proportionally maximum longitudinal extent thereof in the range between 1.0 and 30.0 mm manufactured, placed in a mold or mold and in this is compressed substantially under all-round pressure, the hollow spaces including particle-containing molten metal walls at least partially flat areas are given and the heat of solidification the melt is removed.
  • the advantages achieved with the invention can be seen essentially in the fact that a monomodal distribution of the dimensions of the cavities in the metal foam Prerequisite for a material behavior under certain stress conditions he brings.
  • the proportionate maximum diameter of the cavities is important for the height of the elastic limit of the material and the tolerable specific Surface stress when the part is subjected to compressive stress.
  • Boundary walls and their node areas in the foam material for one mechanical support or buckling load can be set or shaped favorably. This means that when a defined value is exceeded Tension limit a buckling of the foam walls or a collapse of the Pores and energy absorption with high degrees of deformation or compression little solidification of the light body takes place.
  • the further object of the invention in particular with regard to a desired Material behavior under mechanical load is solved in that the Metal foam of the molded body when viewed spatially a monomodal Distribution of the maximum longitudinal extent of the cavities in the area between 1.0 and 30.0 mm.
  • the accuracy of the transition from an elastic change in shape plastic deformation of the material depending on the compressive stress be further increased if the spatial consideration of the metal foam Ratio of the maximum longitudinal extensions of two different ones Cavities on average over at least 20 pairs smaller than 30, preferably smaller than 15 and in particular less than 5. These values refer to created Cavities in the absence of solidification voids in the molded body.
  • Particularly light molded articles can be produced according to the invention per se if the Metal matrix made of a light metal, preferably aluminum or one Aluminum alloy.
  • the particles embedded in the metal matrix have a size of 1 to 50 um, preferably 3 to 20 microns, is a particularly advantageous Weight / property ratio achievable.
  • non-metallic particles preferably SiC particles and / or Al 2 O 3 particles and / or those from intermetallic phases
  • volume portion the embedded particles in the metal matrix between 10% by volume and 30% by volume, preferably between 15% by volume and 30% by volume.
  • the favorable weight / property ratio of a lightweight molded body of the type according to the invention can be increased if the density of the metal foam is less than 1.05 g / cm 3 , preferably less than 0.7 g / cm 3 , in particular less than 0.3 g / cm 3 .
  • the stress as a function of the compression deformation is shown in comparison in FIG. 3 on the test results of three shaped bodies.
  • the structure of the lightweight moldings 1 and 2 with a density of 0.091 gcm -3 and 0.114 gcm -3 was in accordance with the invention, the comparison body 3 had a bimodal distribution of the dimensions of the cavities with material concentrations in the nodes of the foam walls.
  • an extremely low degree of solidification can be determined up to a degree of compression of approximately 70%.
  • the comparative body 3 shows a significant solidification of the material up to a degree of compression of approximately 45%, which increases even further from this value. This indicates an effect of the bimodal distribution of the cavity dimensions.
  • Fig. 4 shows knot shapes in the foam wall of light bodies using sectional images.
  • A shows a sharp-edged knot of the wall between three cavities. Such knots tend to crack and break early in the connection area.
  • Figure B shows a thickened wall knot. This knot formation leads to an increased specific weight and an unfavorable development of the force components when the body is under compression.
  • Picture C shows a knot with wall parts, whereby both the thickness of the walls and the knot mass are favorably designed with regard to a high compression deformation with little solidification of the body at high compression levels.
  • metal foam bodies formed according to the invention are shown in a top view without compression, the gas being introduced into the melt with protruding protruding inlet pipes with different separation parameters for the bubbles.
  • a monomodal distribution of the respective dimensions of the gas bubbles can be seen.
  • the body according to picture A has a specific weight of 0.1 gcm -3
  • those according to picture B and picture C have a specific weight of 0.2 gcm -3 and 0.4 gcm -3 .
  • Computer tomography records can be used to calculate values of the local density (density mapping) can be used.
  • An averaging process for Calculation of the local density allows the material distribution between the Determine averaging volumes. Diagrams of the calculated density values of Studies can shed light on the homogeneity of a lightweight Give shaped body.
  • the relative frequency of the mean local density in a molded body according to the invention is designated 1 and can be seen in a comparative body 2.
  • the average local density of the body 1 has a narrow maximum at about 0.22 gcm -3 , which demonstrates a monomodal distribution of the dimensions of the cavities and a narrow range of the proportionally maximum longitudinal extent thereof.
  • the multimodal reference block is characterized by a broad course of the mean local density values, which shows a clear slump.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines leichtgewichtigen Formkörpers, bei welchem aus einer Partikel aufweisenden Metallschmelze durch Einbringen von Gas oder Gasgemischen in diese ein Metallschaum gebildet, dieser zumindest teilweise in eine Kokille eingebracht und dessen flüssige Phase in dieser erstarren gelassen wird.
Weiters ist Gegenstand der Erfindung ein leichtgewichtiger Formkörper aus Metallschaum bestehend aus einer Metallmatrix, in welche Partikel eingelagert sind und welche eine Vielzahl von im wesentlichen sphärischen und/oder im wesentlichen ellipsoiden Hohlräumen umschließt.
Um ein vorgesehenes Werkstoffverhalten bei bestimmten Spannungszuständen zu erreichen, ist verfahrenstechnisch erfindungsgemäß vorgesehen, daß ein fließfähiger Metallschaum mit einer monomodalen Verteilung der Abmessung der Hohlräume und einem anteilsmäßig maximalen Durchmesser derselben im Bereich zwischen 1,0 und 30,0 mm hergestellt, in eine Gießform oder Kokille eingebracht und in dieser im wesentlichen unter allseitigem Druck verdichtet wird, wobei den die Hohlräume einschließenden Partikel beinhaltenden Metallschmelzen-Begrenzungswänden zumindest teilweise ebenflächige Bereiche erteilt werden und die Erstarrungswärme der Schmelze abgeführt wird.
Der leichtgewichtige Formkörper aus Metallschaum ist nach der Erfindung im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß der Metallschaum bei räumlicher Betrachtung eine monomodale Verteilung der maximalen Längserstreckungen der Hohlräume im Bereich zwischen 1,0 und 30,0 mm aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines leichtgewichtigen Formkörpers, bei welchem aus einer Partikel aufweisenden Metallschmelze durch Einbringen von Gas oder Gasgemischen in diese ein Metallschaum gebildet, dieser zumindest teilweise in eine Kokille eingebracht und dessen flüssige Phase in dieser erstarren gelassen wird.
Weiter umfaßt die Erfindung einen leichtgewichtigen Formkörper aus Metallschaum bestehend aus einer Metallmatrix, in welche Partikel eingelagert sind und welche eine Vielzahl von im wesentlichen sphärischen und/oder im wesentlichen ellipsoiden Hohlräumen umschließt.
Formkörper aus Metallschaum besitzen naturgemäß eine geringe Dichte und weisen strukturbedingt besondere mechanische Materialeigenschaften auf. Beispielsweise können derartigen Körpern bei Aufbringung von zwei- oder dreidimensionalen Druckspannungen große Verformungen mit Stauchgraden bis 70 % und mehr erteilt werden. Diese Werkstoffe mit Sondereigenschaften sind in der technologischen Anwendung, beispielsweise als Energieabsorber in der Automobiltechnik und dergleichen, mit Vorteil einsetzbar.
Bei einer Verwendung derartiger Formkörper für ausgewählte Funktionen mit bestimmten Parametern ist es wichtig, jeweils gleiche und reproduzierbare Eigenschaftsmerkmale der Werkstoffe sicherzustellen.
Aus der EP- 483 184 B ist ein Verfahren zum Herstellen eines partikelverstärkten Metallschaumes bekannt geworden, nach welchem zellbildendes Gas in eine Schmelze aus Metall mit fein verteilten Verstärkungsmitteln eingebracht, geschäumtes Metallverbundmaterial gebildet und von der Oberfläche des geschmolzenen Materials der angesammelte Schaum abgenommen und erstarren gelassen wird. Dieser Metallschaum weist jedoch Blasen mit unkontrollierter Größe bzw. Größenverteilung auf, woraus ein höchst unscharfes Eigenschaftsprofil des Schaum- bzw. Formkörper resultiert sowie funktionstechnisch Unsicherheiten erbringt.
Ein anderer leichtgewichtiger Metallkörper weist gemäß EP 545 957 B1 und US 5 221 234 eine Vielzahl von geschlossenen und isolierten, im allgemeinen sphärischen Poren mit Größen im Bereich von 10 bis 500 µm auf. Derartig kleine Poren mit großem Durchmesserunterschieden können zwar einem mit Aluminium gebildeten Metallkörper ein im Vergleich mit dem Vollmaterial geringeres spezifisches Gewicht verleihen, eine Dichte von kleiner 1,0 g/cm3 und ein Stauchgrad von über 60 % des Werkstoffes bei definierten Bedingungen sind zumeist nicht erreichbar.
Zur Herstellung verschiedener Formen von aus Metallschaum gebildeten Leichtkörpern sind bereits eine Anzahl von sequenziell (US 5 281 251, DE 43 26 982 C1) und/oder kontinuierlich ( US 5 334 236), EP 544 291 A1, DE 43 26 982 C1, WO 91/03578) arbeitenden Verfahren und Einrichtungen vorgeschlagen worden, mit welchen durchaus prinzipiell funktionsfähige Gegenstände herstellbar sind,allerdings können die mechanischen Eigenschaften derselben nicht mit einer oftmals geforderten Genauigkeit eingestellt werden.
Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen und zielt darauf ab, ein Verfahren der eingangs genannten Art zur Herstellung eines leichtgewichtigen Formkörpers anzugeben, mit welchem die innere Körperstruktur derart ausbildbar ist, daß der Werkstoff im wesentlichen genaue mechanische Kennwerte besitzt.
Weiters ist es Aufgabe der Erfindung, einen gattungsgemäßen Formkörper zu schaffen, dessen Aufbau ein weitgehend präzises Verformungsverhalten in Abhängigkeit von der angelegten, insbesondere mehrdimensionalen, Druckspannung aufweist.
Das erfindungsgemäße Ziel wird dadurch erreicht, daß ein fließfähiger Metallschaum mit einer monomodalen Verteilung der Abmessung der Hohlräume und einer anteilsmäßig maximalen Längserstreckung derselben im Bereich zwischen 1,0 und 30,0 mm hergestellt, in eine Gießform oder Kokille eingebracht und in dieser im wesentlichen unter allseitigem Druck verdichtet wird, wobei den die Hohlräume einschließenden Partikel beinhaltenden Metallschmelzen- Begrenzungswänden zumindest teilweise ebenflächige Bereiche erteilt werden und die Erstarrungswärme der Schmelze abgeführt wird.
Die mit der Erfindung erreichten Vorteile sind im wesentlichen darin zu sehen, daß eine monomodale Verteilung der Abmessung der Hohlräume im Metallschaum eine Voraussetzung für ein Werkstoffverhalten bei bestimmten Spannungszuständen erbringt. Dabei ist der anteilsmäßig maximale Durchmesser der Hohlräume wichtig für die Höhe der Elastizitätsgrenze des Werkstoffes und die ertragbare spezifische Oberflächenbelastung bei einer Druckspannungsbeaufschlagung des Teiles.
Um in den Begrenzungswänden zumindest teilweise ebenflächige Bereiche zu erstellen, ist eine im wesentlichen allseitige, gegebenenfalls geringe Druckbelastung des fließfähigen Schaumes erforderlich, woraus sich mehrere Vorteile ergeben können. Von besonderer Wichtigkeit ist jedoch jener, daß derart die Begrenzungwände und deren Knotenbereiche im Schaummaterial für eine mechanische Stütz- oder Knickbelastung günstig eingestellt bzw. geformt werden. Dadurch ist erreichbar, daß bei einem Überschreiten einer definierten Spannungsgrenze ein Einknicken der Schaumwandungen bzw. ein Kollabieren der Poren und ein Energieabsorbieren mit hohen Verformungs- bzw. Stauchgraden bei geringer Verfestigung des Leichtkörpers erfolgt.
Sowohl für eine in engen Grenzen herstellbare monomodale Verteilung der Abmessung der Höhlräume als auch für eine genaue Einstellung des anteilsmäßig maximalen Durchmessers der Hohlräume im Schaummaterial hat es sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, wenn zur Ausbildung der monomodalen Verteilung der Abmessung der Hohlräume das Gas durch mindestens ein in die Schmelze vorspringend einragendes Eintragsrohr mit geringer Stirnfläche eingebracht wird.
Fertigungstechnisch, aber auch hinsichtlich der Erzeugnisgüte kann es günstig sein, wenn die Verdichtung des fließfähigen Metallschaumes in einer Kokille mit Innenmaßen, die den gewünschten Abmessungen des Formkörpers entsprechen, durchgeführt wird.
Die weitere Aufgabe der Erfindung insbesondere im Hinblick auf ein gewünschtes Werkstoffverhalten bei mechnischer Belastung wird dadurch gelöst, daß der Metallschaum des Formkörpers bei räumlicher Betrachtung eine monomodale Verteilung der maximalen Längserstreckungen der Hohlräume im Bereich zwischen 1,0 und 30,0 mm aufweist.
Die Vorteile eines so gestalteten leichtgewichtigen Formkörpers aus Metallschaum sind im wesentlichen dadurch begründet, daß, wie vorhin bereits ansatzweise dargelegt, im Hinblick auf die Knotenausbildung der Wandungen der Gasblasen durch eine Monomodalität günstige Verhältnisse erreicht werden. Bei einer bimodalen, poly- oder multimodalen Verteilung der Hohlraumgröße liegen in den Wandknoten zumeist Verdickungen mit gegebenenfalls kleinen und/oder sehr kleinen Poren sowie Lunkerungänzen vor, was einerseits das spezifische Gewicht des Schaumkörpers erhöht und den Metallaufwand zur Bildung desselben vergrößert, andererseits die Aufteilung der Kraftkomponenten stören kann, wodurch eine Wandflächenknickung bei Belastung nicht eindeutig bestimmbar ist.
Die erfindungsgemäßen Vorteile der Auswirkung der Wirkungsmechanismen bei der Komponentenaufteilung der Druckkräfte können verstärkt werden, wenn zumindest teilweise die Hohlräume einschließenden Begrenzungswände ebenflächige Bereiche aufweisen.
Wenn, wie weiters in günstiger Weise vorgesehen sein kann, bei räumlicher Betrachtung des Metallschaumes das Verhältnis der maximalen Längserstreckungen zweier jeweils verschiedener Hohlräume im Mittel über zumindest 20 Paare kleiner als 45 ist, sind weitgehend enge Belastungsbereiche, in welchen ein Kollabieren der Schaumhohlräume beginnt, erreichbar.
Dabei kann die Genauigkeit des Überganges von einer elastischen Formänderung in ein plastisches Verformen des Werkstoffes in Abhängigkeit von der Druckspannung weiter erhöht werden, wenn bei räumlicher Betrachtung des Metallschaumes das Verhältnis der maximalen Längserstreckungen zweier jeweils verschiedener Hohlräume im Mittel über zumindest 20 Paare kleiner als 30, vorzugsweise kleiner als 15 und insbesondere kleiner als 5, ist. Diese Werte beziehen sich auf erstellte Hohlräume bei Außerachtlassung von Erstarrungslunkern im Formkörper.
Ebenso erheblich für eine Metallschaumherstellung und für das Verhalten des Formkörpers bei mechanischer Belastung ist die Zusammensetzung und der Aufbau des Flüssigmetalles und jenes bzw. jener der Begrenzungswände der Hohlräume.
Wenn die Partikel zur Armierung in der Metallmatrix gleichmäßig verteilt eingelagert sind, ist eine hohe und isotrope Verstärkung des Basismetalles im Hinblick auf die mechanische Belastung gegeben. Dabei ist es auch günstig, wenn aneinander angrenzende Hohlräume durch die Metallmatrix vollständig voneinander getrennt sind. Einzelne Risse, die durch mechanische Spannungen beim Abkühlen entstehen können, sind bei Stauchbelastungen nicht wirksam.
Besonders leichte Formkörper sind per se erfindungsgemäß erstellbar, wenn die Metallmatrix aus einem Leichtmetall, vorzugsweise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, besteht.
Wenn weiters die in der Metallmatrix eingelagerten Partikel eine Größe von 1 bis 50 um, vorzugsweise 3 bis 20 µm, aufweisen, ist ein besonders vorteilhaftes Gewicht/Eigenschaft- Verhältnis erreichbar.
Als Armierung bzw. Verstärkung des Grundmetalles für eine Schäumung und Verfestigung desselben bzw. für einen Aufbau von knickungsverstärkten Blasentrennwänden haben sich Einlagerungen von nichtmetallischen Partikeln, vorzugsweise SiC- Partikeln und/oder Al2O3 -Partikeln und/oder solche aus intermetallischen Phasen als unerwartet günstig erwiesen.
Als besonders vorteilhaft hat es sich dabei herausgestellt, wenn der Volumsanteil der eingelagerten Partikel in der Metallmatrix zwischen 10 Vol.-% und 30 Vol.-%, vorzugsweise zwischen 15 Vol.-% und 30 Vol.-%, beträgt.
Das günstige Gewicht/Eigenschaft- Verhältnis eines leichtgewichtigen Formkörpers der erfindungsgemäßen Art kann gesteigert werden, wenn die Dichte des Metallschaumes weniger als 1,05 g/cm3, vorzugsweise weniger als 0,7 g/cm3, insbesondere weniger als 0,3 g/cm3, beträgt.
Anhand von bei einer Materialerprobung angefertigten Bildern und Diagrammen soll die Erfindung näher dargelegt werden.
Es zeigen
  • Fig. 1 Schnittbilder von erfindungsgemäßen leichtgewichtigen Formkörpern
  • Fig. 2 graphische Darstellung des Zusammenhanges von Dichte und Stauchspannung von Formkörpern
  • Fig. 3 graphische Darstellung des Stauchgrades in Abhängigkeit von der Stauchspannung von Formkörpern
  • Fig. 4 Schnittbilder A,B,C von Knotenformen in der Schaumwandung
  • Fig. 5 Draufsicht -Bilder A,B,C von Schaumkörpern mit unterschiedlicher Raumdichte
  • Fig. 6 graphische Darstellung der mittleren lokalen Dichte eines erfindungsgemäßen und eines Vergleichs - Schaumkörpers
    • In Fig.1 , Bild A und Bild B, ist jeweils eine Hohlraumausbildung in einem erfindungsgemäßen AI-Formkörper anhand eines Schnittbildes dargestellt. Bei monomodaler Verteilung der Abmessung wurden im Körper von Bild A die größten Längserstreckungen von Hohlräumen im Bereich zwischen 20 und 12 mm festgestellt, wobei die anteilsmäßig maximale Erstreckung 17,2 mm betrug. Obwohl eine Verdichtung des fließfähigen Metallschaumes von nur ca. 3,2 % vorgenommen wurde, sind deutlich ebenflächige Bereich in den die Hohlräume einschließenden Begrenzungswänden gebildet.
    Aus Fig. 2 ist die Abhängigkeit der Stauchspannung eines Formkörpers von der Dichte desselben entnehmbar.Bei den Entwicklungsarbeiten wurde festgestellt, daß eine monomodale Verteilung der größten Längserstreckung der Hohlräume sowie eine zunehmende Gleichheit derselben einengend auf das Streuband der Abhängigkeit wirkt. Mit anderen Worten: Liegt eine monomodale Verteilung der Hohlräume im Schaumkörper vor und weisen die Hohlräume eine bestimmte Größe in engen Grenzen auf, so ist bei einer Druckspannungsbeaufschlagung desselben der Beginn der Verformung bzw. des Kollabierens ein genauer Stoffwert. Dadurch ist in vorteilhafter Weise das Verhalten eines Schaumbauteiles genau kalkulierbar bzw. für bestimmte Funktionen kann die Ausbildung und der Aufbau des Schaumteiles festgelegt werden.
    Die Spannung in Abhängigkeit von der Stauchverformung ist in Fig. 3 an Untersuchungsergebnissen von drei Formkörpern vergleichend dargestellt. Der Aufbau der Leicht-Formkörper 1 und 2 mit einem Raumgewicht von 0,091 gcm-3 und 0,114 gcm-3 war erfindungsgemäß, der Vergleichskörper 3 wies eine bimodale Verteilung der Abmessung der Hohlräume mit Werkstoffkonzentrationen in den Knoten der Schaumwände auf. an den Stauchkurven der Körper 1 und 2 ist bis zu einem Stauchgrad von ca. 70 % eine äußerst geringe Verfestigung derselben festzustellen. Der Vergleichskörper 3 zeigt bis zu einem Stauchgrad von ca. 45 % eine deutliche Verfestigung des Werkstoffes, welche ab diesem Wert noch weiter ansteigt. Dies deutet auf eine Wirkung der bimodalen Verteilung der Hohlraumabmessungen hin.
    Fig. 4 zeigt Knotenformen in der Schaumwandung von Leichtkörpern anhand von Schnittbildern.
    In Bild A ist eine scharfkantige Knotenausbildung der Wand zwischen drei Hohlräumen wiedergegeben. Derartige Knoten neigen frühzeitig zu Rissen und Brüchen im Verbindungsbereich.
    Aus Bild B ist ein verdickter Wandknoten ersichtlich. Diese Knotenausformung führt zu einem erhöhten spezifischen Gewicht und einer ungünstigen Ausbildung der Kraftkomponenten bei einer Stauchbelastung des Körpers.
    Bild C zeigt einen Knoten mit Wandteilen, wobei sowohl die Dicke der Wandungen als auch die Knotenmasse im Hinblick auf eine hohe Stauchverformung mit geringer Verfestigung des Körpers bei hohen Stauchgraden günstig ausgebildet sind.
    In Fig. 5 sind erfindungsgemäß gebildete Metallschaumkörper ohne Verdichtung in Draufsicht wiedergegeben, wobei das Gas jeweils mit unerschiedlichen Ablöseparametern für die Blasen durach in die Schmelze vorspringend einragende Eintragsrohre eingebracht wurde. Eine monomodale Verteilung der jeweiligen Abmessungen der Gasblasen ist ersichtlich. Dabei weist der Körper nach Bild A ein spezifisches Gewicht von 0,1 gcm-3 auf, jene nach Bild B und Bild C besitzen ein solches von 0,2 gcm-3 und 0,4 gcm-3.
    Computer- Tomographie-Datensätze können zur Berechnung von Werten der lokalen Dichte ( Dichtemapping) verwendet werden. Ein Mittelungsprozeß zur Berechnung der lokalen Dichte erlaubt es, die Materialverteilung zwischen den Mittelungsvolumina festzustellen. Diagramme der errechneten Dichtewerte von Untersuchungen können Aufschluß über die Homogenität eines leichtgewichtigen Formkörpers geben.
    Aus Fig. 6 ist die nach einem Computer-Tomographie- Verfahren ermittelte relative Häufigkeit der mittleren lokalen Dichte in einem Formkörper gemäß der Erfindung mit 1 bezeichnet und in einem Vergleichskörper 2 entnehmbar. Die mittlere lokale Dichte des Körpers 1 weist bei ca. 0,22 gcm-3 ein enges Häufigkeitsmaximum auf, was eine monomodale Verteilung der Abmessung der Hohlräume und einen engen Bereich der anteilsmäßig maximalen Längserstreckung derselben nachweist. Hingegen ist der multimodale Vergleichskörper durch einen, einen deutlichen Einbruch aufweisenden breiten Verlauf der mittleren lokalen Dichtewerte gekennzeichnet.

    Claims (14)

    1. Verfahren zur Herstellung eines leichtgewichtigen Formkörpers, bei welchem aus einer Partikel aufweisenden Metallschmelze durch Einbringen von Gas oder Gasgemischen in diese ein Metallschaum gebildet, dieser zumindest teilweise in eine Kokille eingebracht und dessen flüssige Phase in dieser erstarren gelassen wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein fließfähiger Metallschaum mit einer monomodalen Verteilung der Abmessung der Hohlräume und einer anteilsmäßig maximalen Längserstreckung derselben im Bereich zwischen 1,0 und 30,0 mm hergestellt, in eine Gießform oder Kokille eingebracht und in dieser im wesentlichen unter allseitigem Druck verdichtet wird, wobei den, die Hohlräume einschließenden Partikel beinhaltenden Metallschmelzen-Begrenzungswänden zumindest teilweise ebenflächige Bereiche erteilt werden und die Erstarrungswärme der Schmelze abgeführt wird.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erstellung der monomodalen Verteilung der Abmessung der Hohlräume das Gas durch mindestens ein in die Schmelze vorspringend einragendes Eintragsrohr eingebracht wird.
    3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das die Verdichtung des fließfähigen Metallschaumes in einer Kokille mit Innenmaßen die den gewünschten Abmessungen des Formkörpers entsprechen, durchgeführt wird.
    4. Leichtgewichtiger Formkörper aus Metallschaum, bestehend aus einer Metallmatrix in welche Partikel eingelagert sind und welche eine Vielzahl von im wesentlichen sphärischen und/oder im wesentlichen ellipsoiden Hohlräumen umschließt, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallschaum des Formkörpers bei räumlicher Betrachtung eine monomodale Verteilung der anteilsmäßig maximalen Längserstreckungen der Hohlräume im Beeich zwischen 1,0 und 30,0 mm aufweist.
    5. Formkörper nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest teilweise die Hohlräume einschließenden Begrenzungswände ebenflächige Bereiche aufweisen.
    6. Formkörper nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei räumlicher Betrachtung des Metallschaumes das Verhältnis der maximalen Längserstreckungen zweier jeweils verschiedener Hohlräume im Mittel über zumindest 20 Paare kleiner als 45 ist.
    7. Formkörper nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei räumlicher Betrachtung des Metallschaumes das Verhältnis der maximalen Längserstreckungen zweier jeweils verschiedener Hohlräume im Mittel über zumindest 20 Paare kleiner als 30, vorzugsweise kleiner als 15 und insbesondere kleiner als 5 ist.
    8. Formkörper nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikel in der Metallmatrix gleichmäßig verteilt eingelagert sind.
    9. Formkörper nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß aneinander angrenzende Hohlräume durch die Metallmatrix vollständig voneinander getrennt sind.
    10. Formkörper nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallmatrix aus einem Leichtmetall, vorzugsweise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, besteht.
    11. Formkörper nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Metallmatrix eingelagerten Partikel eine Größe von 1 bis 50 µm, vorzugsweise 3 bis 20 µm aufweisen.
    12. Formkörper nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß in der Metallmatrix nicht-metallische Partikel, vorzugsweise SiC Partikel und/oder Al2 O3 Partikel und/oder solche aus intermetallischen Phasen, eingelagert sind.
    13. Formkörper nach einem der Ansprüche 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Volumsanteil der eingelagerten Partikel in der Metallmatrix zwischen 10 Vol.-% und 50 Vol.-%, vorzugsweise zwischen 15 Vol.-% und 30 Vol.-%, beträgt.
    14. Formkörper nach einem der Ansprüche 4 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichte des Metallschaumes weniger als 1,05 g/cm3, vorzugsweise weniger als 0,7 g/cm3, insbesondere weniger als 0.3 g/cm-3, beträgt.
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