WO2007042002A2 - Verfahren zur herstellung feinkörniger, polykristalliner werkstoffe oder werkstücke sowie matrize dazu - Google Patents

Verfahren zur herstellung feinkörniger, polykristalliner werkstoffe oder werkstücke sowie matrize dazu Download PDF

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    • C21D7/00—Modifying the physical properties of iron or steel by deformation
    • C21D7/13—Modifying the physical properties of iron or steel by deformation by hot working

Definitions

  • the invention relates to a method for producing fine-grained, polycrystalline materials or workpieces, wherein the material is pressed under application of a pressing force by a pressing tool and shear deformation by a die and thereby deflected, wherein the material occupies a pressing direction, from the direction of deviates from the pressing force exerted pressing force.
  • the invention also relates to a die for an extrusion die.
  • Extrusion is known from the prior art, which is a push-through method in which a block completely enclosed by a pick-up is pressed by a die with the aid of the action of pressure. Strands of different cross-sectional shapes are produced in particular as a semi-finished product. Preferred materials are aluminum and copper alloys, alternatively steel or titanium are used. In principle, it is possible to extrude all polycrystalline materials. In general, the block is pressed from the starting material in a straight line from the pressing tool, such as a punch or mandrel, through the mold-forming die in order to obtain the desired profile as quickly and easily as possible.
  • the pressing tool such as a punch or mandrel
  • the thereby achievable, ultrafine-grain microstructure within the material or workpiece leads to a significant improvement in the mechanical properties of materials treated in this way.
  • the yield strength of the material can be significantly increased, depending on the process conditions and subsequent heat treatment even with the same or better ductility. In some cases even superplastic properties can be set.
  • the finer grain structure also has an accelerating effect on diffusion-dependent sizes. Not only diffusion kinetics, such as plasma nitriding of steel or hydrogen storage in Mg alloys, but also precipitation processes in alloys are accelerated.
  • FIG. 1 shows the structure of a refinement device known from the prior art, with a pressing die on which a pressing force is applied, which is passed on to a specimen which is shear-deformed via an angularly arranged outlet channel.
  • a disadvantage of such a construction is the fact that the workpiece or the material of the press die must be removed and repeatedly pressed when a higher shear deformation is required. Due to the discontinuous operation, industrial applicability of such a method is not possible. When higher process temperatures are achieved in the conventional process, sampling may result in recrystallization events within the sample if it is not removed from the exit channel fast enough.
  • Object of the present invention is to avoid the disadvantages described above and to provide a method and a die, with which a property improvement of the material is achieved during the fürdrückmaschines.
  • the inventive method ⁇ ur production of fine-grained, polycrystalline materials or workpieces, wherein the material is pressed under application of a pressing force by a pressing tool and shear deformation by a die and thereby deflected, wherein the material occupies a pressing direction, from the direction of the Deviating pressing force exerted pressing tool, provides that a multiple deflection of the material is performed within the die during a pressing operation.
  • the multiple shearing and accumulation of shearing strains within the material during a single push-through or extrusion operation achieves a high degree of refinement during a bar press or push-through operation, which represents a significant improvement in process duration and industrial applicability.
  • the multiple deflection within the die creates a strong counterpressure in the die, so that the material or the strand is under a high, hydrostatic pressure during pressing, resulting in a more homogeneous microstructure of the deformed material.
  • a development of the invention provides that the material is pressed while maintaining its cross-section of origin through the die. This is particularly desirable when a material strand without special profiling to be produced for further processing. If a re-clamping of the material is to be avoided as a block in an extrusion press, it is provided that the material is formed shaping at the die exit, that is already finished as a profile or semi-finished.
  • the matrix can be heated or cooled.
  • the accumulation of shearing strains has proven particularly effective and simple if the material is deflected several times, that is, twice or more at right angles.
  • the deflection directions can be chosen so that the most uniform grain refining occurs within the material or workpiece, for example, by a three-dimensional meander structure arranged in space.
  • the die according to the invention for an extrusion tool with a press channel which repeatedly deflects the material during pressing has, in contrast to flat dies, an elongated press channel which completely surrounds the material and allows a high, hydrostatic pressure load on the workpiece or the material.
  • This press channel is preferably multi-angular, in particular bent at right angles and in one embodiment has a constant cross-section. Only at the deflection or kinks that are discontinuous, so not rounded, it comes to cross-sectional changes, preferably perpendicular to the respective pressing direction.
  • a development of the invention provides that the die is designed in several parts and has an input and an output in each female part, wherein at the transition from input to output of the die parts of the profile of the pressing channel angularly, in particular at right angles, is changed.
  • a particularly simple embodiment of the die provides that in a multi-part embodiment in a die part, a pressing channel is incorporated, which is open at the front and is closed by a frontally adjacent other female part. This allows easy production of the die whose press channel is closed only by the assembly with another die part, which is frontally applied to the open press channel. This makes it possible to easily achieve a rectangular deflection of the material within a female part by branching off a closed channel from the frontally open press channel.
  • This closed channel can be worked out by the usual production methods for matrices.
  • a multi-part die with a press channel which causes a multiple angular deflection of the pressed strand possible and provided.
  • the respective segments or parts are then assembled into a matrix, the contour and the course of the pressing channel being determined by the arrangement of the parts relative to one another and the channels present in the parts or formed by the parts.
  • the individual die parts are combined and held in a holder, wherein the holder may be formed, for example, as a steel jacket.
  • a reducer Before the actual press channel, a reducer can be arranged and formed in the die.
  • the reducer may have a round cross section and form the material into a press channel having a round or square cross section. In principle, other cross-sectional geometries are possible.
  • a shape-forming profile tool is arranged or formed at the outlet of the press channel.
  • Channels can contain channels be formed, which introduce lubricant or coolant in the pressure channel under high pressure.
  • Figure 1 - a schematic representation of a device for grain refining according to the prior art
  • Figure 2 - a perspective view of a multi-part die
  • Figure 3 an illustration of Figure 2 in the rotated position.
  • a device for grain refining in which a pressing force F is exerted on a material or a material sample 2 via a punch 1.
  • the sample 2 is located in a press channel 4 of a die 3 and is pressed by the angled press channel 4. In this case, the sample 2 undergoes a high degree of plastic shear deformation.
  • the cross section of the pressing tool 1 corresponds to the cross section at the outlet of the pressing channel 4. Over the entire length of the pressing channel 4 in the die 3, the cross section does not change.
  • FIG. 2 shows a die 10 according to the invention, which consists of four die parts 11, 12, 13, 14.
  • a receptacle 111 with a round, tapered, adjoining reduction piece 112 is first shown.
  • a press tool such as a press die o. The like.
  • a press channel 20 follows, which has a square cross-section in the present embodiment. In principle, other cross-sectional geometries are possible.
  • the pressing channel 20 of the first female part 11 terminates at the end, where it immediately adjoins the pressing channel 22 within the second female part 12.
  • the pressing channel 22 of the second female part 12 is rectilinear.
  • a three-sided closed channel is formed in the third female part 13 facing the second female part 12, which is closed at the end by the second female part 12 and forms a further section 23 of the press channel.
  • the first perpendicular deflection takes place perpendicular to the pressing direction and application of the pressing force by the tool.
  • a further deflection of the material due to the pressure force and the kinking shape of the pressing channel takes place again parallel to the pressing force applied by the pressing tool.
  • the last female part 14 is constructed analogously to the penultimate female part 13, also with an angularly bending press channel 24.
  • a cross section may be present, which corresponds to the cross section of the first female part 11.
  • they can also have another, for example, block-like shape.
  • the die 10 shown in FIG. 2 has a rectangular pressing channel 20, 22, 23, 24, which corresponds to a repeated pressing and turning of the sample according to FIG.
  • the die 10 constructed of several parts 11, 12, 13, 14 can be extended or shortened as desired and can be attached to a recipient of a conventional extrusion press.
  • the material to be pressed is then pressed as a strand through the entire pressing channel course in the die 10, wherein it is sheared several times, so that in a press pass a strong accumulation of shear strain in different directions and a correspondingly high degree of refinement occurs.
  • the high back pressure within the die 10 produces a high hydrostatic pressure for a homogeneous microstructure of the final deformed material.
  • FIG. 3 shows the integration of a die 10 according to FIG. 2 into a strand process.
  • a receptacle 15 is provided for the material block.
  • the upstream reducer 112 reduces during the process the workpiece block to the corresponding dimensions of the die 10 and the press channel within the die 10, respectively, before the material or the press strand is formed in the multiple die.
  • the die 10 can be heated directly in the recipient on the extrusion press and is therefore also well suited for forming hexagonal materials such as magnesium or magnesium alloys. This method is also suitable for other materials such as steels, aluminum or aluminum alloys.
  • a part of the extruder with the corresponding block diameter can be seen, which also corresponds to the bolt diameter of the pressing tool.
  • the die 10 may be completely enclosed in a steel jacket 30 so that the die does not open during the pressing process.
  • a forming tail can be formed or used. Instead of an end piece can be formed in the end wall of the sheath 30, only one outlet opening for the multi-formed material.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung feinkörniger, polykristalliner Werkstoffen oder Werkstücke, bei dem der Werkstoff unter Aufbringung einer Presskraft durch ein Presswerkzeug und unter Scherverformung durch eine Matrize (10) gedrückt und dabei umgelenkt wird, wobei der Werkstoff eine Pressrichtung einnimmt, die von der Richtung der durch das Presswerk ausgeübten Presskraft abweicht. Dabei wird eine mehrfache Umlenkung des Werkstoffes innerhalb der Matrize durchgeführt. Die Erfindung betrifft ebenfalls eine Matrize (10) für ein Strangpresswerkzeug mit einem den Werkstoff während des Durchdrückens mehrfach umlenkenden Presskanal.

Description

Verfahren zur Herstellung feinkörniger, polykristalliner Werkstoffe oder Werkstücke sowie Matrize dazu
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung feinkörniger, polykristalliner Werkstoffe oder Werkstücke, bei dem der Werkstoff unter Aufbringung einer Presskraft durch ein Presswerkzeug und unter Scherverformung durch eine Matrize gedrückt und dabei umgelenkt wird, wobei der Werkstoff eine Pressrichtung einnimmt, die von der Richtung der durch das Presswerkzeug ausgeübten Presskraft abweicht. Die Erfindung betrifft ebenfalls eine Matrize für ein Strangpresswerkzeug.
Aus dem Stand der Technik ist das Strangpressen bekannt, das ein Durchdrückverfahren ist, bei dem ein gänzlich von einem Aufnehmer umschlossener Block mit Hilfe von Druckeinwirkung durch eine Matrize gepresst wird. Dabei werden Stränge unterschiedlicher Querschnittsformen insbesondere als Halbzeug hergestellt. Bevorzugte Werkstoffe sind Aluminium- und Kupferlegierungen, alternativ werden auch Stahl oder Titan eingesetzt. Grundsätzlich ist es möglich, sämtliche polykristallinen Werkstoffe strangzupressen. In der Regel wird der Block aus dem Ausgangsmaterial geradlinig von dem Presswerkzeug, beispielsweise einem Stempel oder Dorn, durch die formbildende Matrize gedrückt, um möglichst schnell und einfach das gewünschte Profil zu erhalten.
Weiterhin ist aus dem Stand der Technik ein Verfahren zur Herstellung ultrafeinkörniger, polykristalliner Werkstoffe mit Korngrößen unterhalb 1 μm bekannt, bei dem das Werkstück durch einen winkeligen Kanal gedrückt wird. Der Kanal hat einen gleich bleibenden Querschnitt. Der Werkstoff erfährt dabei eine hochgradige plastische Scherverformung. Da der Kanal über die gleichen Eingangs- und Ausgangsdurchmesser verfügt, kann das Verfahren mit dem Werkstück wiederholt werden, so dass in diesem eine extreme Scherdehnung akkumuliert werden kann. Ein solches Verfahren ist unter der Bezeichnung ECAP (equal Channel angular pressing) oder ECAE (equal Channel angular extrusion) bekannt.
Die dabei erzielbare, ultrafeinkörnige Mikrostruktur innerhalb des Werkstoffes bzw. Werkstückes führt zu einer deutlichen Verbesserung der mechanischen Eigenschaften derart behandelter Werkstoffe. So kann die Streckgrenze des Werkstoffes deutlich gesteigert werden, je nach Prozessbedingungen und nachfolgender Wärmebehandlung sogar bei gleicher oder besserer Duktilität. In einigen Fällen lassen sich sogar superplastische Eigenschaften einstellen. Die feinere Kornstruktur hat auch einen beschleunigenden Einfluss auf diffusionsabhängige Größen. Es werden nicht nur die Diffusionskinetik, wie etwa beim Plasmanitrieren von Stahl oder der Wasserstoffspeicherung in Mg- Legierungen, sondern auch Ausscheidungsprozesse bei Legierungen beschleunigt.
In der Figur 1 ist der Aufbau einer aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtung zur Kornfeinung gezeigt, mit einem Pressstempel, auf den eine Presskraft ausgeübt wird, die auf eine Probe weitergeleitet wird, die über einen winkelig angeordneten Ausgangskanal scherverformt wird.
Nachteilig an einem solchen Aufbau ist die Tatsache, dass das Werkstück oder der Werkstoff der Pressmatrize entnommen und wiederholt gepresst werden muss, wenn eine höhere Scherverformung erforderlich ist. Aufgrund der diskontinuierlichen Arbeitsweise ist eine industrielle Anwendbarkeit eines solchen Verfahrens nicht möglich. Werden höhere Prozesstemperaturen bei dem herkömmlichen Verfahren erreicht, kann es bei der Probenentnahme zu Rekristallisationsvergängen innerhalb der Probe kommen, wenn diese nicht schnell genug aus dem Ausgangskanal entfernt wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die oben beschriebenen Nachteile zu vermeiden und ein Verfahren sowie eine Matrize bereitzustellen, mit denen eine Eigenschaftsverbesserung des Werkstoffes während des Durchdrückverfahrens erzielt wird.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs sowie eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
Das erfindungsgemäße Verfahren ∑ur Herstellung feinkörniger, polykristalliner Werkstoffe oder Werkstücke, bei dem der Werkstoff unter Aufbringung einer Presskraft durch ein Presswerkzeug und unter Scherverformung durch eine Matrize gedrückt und dabei umgelenkt wird, wobei der Werkstoff eine Pressrichtung einnimmt, die von der Richtung der durch das Presswerkzeug ausgeübten Presskraft abweicht, sieht vor, dass eine mehrfache Umlenkung des Werkstoffes innerhalb der Matrize während eines Pressvorganges durchgeführt wird. Durch die bei einem einmaligen Durchdrück- oder Strangpressvorgang vorgenommene, mehrfache Scherung und Akkumulation der Scherdehnungen innerhalb des Werkstoffes wird bei einem Stangpressvorgang oder einem Durchdrückvorgang eine hochgradige Komfeinung erzielt, was eine wesentliche Verbesserung bezüglich der Verfahrensdauer und der industriellen Anwendbarkeit darstellt. Ebenfalls wird durch die mehrfache Umlenkung innerhalb der Matrize ein starker Gegendruck in der Matrize erzeugt, so dass der Werkstoff oder der Strang beim Pressen unter einem hohen, hydrostatischen Druck steht, was zu einer homogeneren Gefügeausbildung des verformten Werkstoffes führt.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Werkstoff unter Beibehaltung seines Ursprungsquerschnittes durch die Matrize gedrückt wird. Dies ist insbesondere dann gewünscht, wenn ein Werkstoffstrang ohne besondere Profilierung zur Weiterverarbeitung hergestellt werden soll. Sofern eine erneute Einspannung des Werkstoffes als Block in einer Strangpressanlage vermieden werden soll, ist vorgesehen, dass der Werkstoff am Matrizenausgang formgebend umgeformt wird, also bereits als Profil oder Halbzeug fertig bearbeitet wird.
Um einen Einfluss auf die Prozesstemperaturen zu haben, kann die Matrize beheizt oder gekühlt werden.
Besonders wirkungsvoll und einfach hat sich die Akkumulation der Scherdehnungen ergeben, wenn der Werkstoff mehrfach, also zwei- oder mehrmalig rechtwinkelig umgelenkt wird. Die Umlenkrichtungen können dabei so gewählt werden, dass eine möglichst gleichmäßige Kornfeinung innerhalb der Werkstoffes oder Werkstückes auftritt, beispielsweise durch eine im Raum angeordnete, dreidimensionale Mäanderstruktur.
Die erfindungsgemäße Matrize für ein Strangpresswerkzeug mit einem den Werkstoff während des Durchdrückens mehrfach umlenkenden Presskanal weist im Gegensatz zu Flachmatrizen einen lang gestreckten Presskanal auf, der den Werkstoff vollständig umgibt und eine hohe, hydrostatische Druckbelastung auf das Werkstück oder den Werkstoff ermöglicht. Dieser Presskanal ist bevorzugt mehrfach winkelig, insbesondere rechtwinkelig abknickend ausgebildet und weist in einer Ausführungsform einen gleichbleibenden Querschnitt auf. Lediglich an den Umlenk- oder Knickstellen, die diskontinuierlich, also nicht abgerundet ausgebildet sind, kommt es zu Querschnittsveränderungen, bevorzugt senkrecht zur jeweiligen Pressrichtung.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Matrize mehrteilig ausgebildet ist und in jedes Matrizenteil einen Eingang und einen Ausgang aufweist, wobei sich an dem Übergang von Eingang zu Ausgang der Matrizenteile der Verlauf des Presskanals winkelig, insbesondere rechtwinkelig, geändert wird. Eine besonders einfache Ausgestaltung der Matrize sieht vor, dass bei einer mehrteiligen Ausgestaltung in einem Matrizenteil ein Presskanal eingearbeitet ist, der stirnseitig offen ist und von einem stirnseitig anliegenden anderen Matrizenteil geschlossen wird. Dies ermöglicht eine leichte Fertigung der Matrize, deren Presskanal erst durch den Zusammenbau mit einem weiteren Matrizenteil, das stirnseitig an den offenen Presskanal angelegt wird, geschlossen wird. Dadurch ist es möglich, innerhalb eines Matrizenteiles leicht eine rechtwinkelige Umlenkung des Werkstoffes zu erzielen, indem von dem stirnseitig offenen Presskanal ein geschlossener Kanal abzweigt. Dieser geschlossene Kanal kann durch die üblichen Herstellungsverfahren für Matrizen herausgearbeitet werden. Darüber hinaus sind weitere Ausgestaltungen einer mehrteiligen Matrize mit einem Presskanal, der eine mehrfache winkelige Umlenkung des Pressstranges bewirkt möglich und vorgesehen. Die jeweiligen Segmente oder Teile werden dann zu einer Matrize zusammengesetzt, wobei die Kontur und der Verlauf des Presskanals von der Anordnung der Teile zueinander und der in den Teilen vorhandenen oder durch die Teile gebildeten Kanäle bestimmt wird.
Um ein Öffnen der Matrize während des Pressvorganges zu verhindern, sind die einzelnen Matrizenteile in einer Halterung zusammengefasst und gehalten, wobei die Halterung beispielsweise als eine Stahlummantelung ausgebildet sein kann.
Vor dem eigentlichen Presskanal kann in der Matrize ein Reduzierstück angeordnet und ausgebildet sein. Das Reduzierstück kann einen runden Querschnitt haben und das Material in einen Presskanal mit einem runden oder eckigen Querschnitt formen. Grundsätzlich sind auch andere Querschnittsgeometrien möglich.
Um eine Fertigbearbeitung eines Halbzeuges erzielen zu können, ist vorgesehen, dass am Austritt des Presskanals ein formbildendes Profilwerkzeug angeordnet oder ausgebildet ist. In der Matrize können Kanäle ausgebildet sein, die Schmiermittel oder Kühlmittel in den Presskanal unter hohem Druck einleiten.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beigefügten Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 - eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Kornfeinung gemäß dem Stand der Technik;
Figur 2 - eine perspektivische Darstellung einer mehrteiligen Matrize; sowie
Figur 3 - eine Darstellung der Figur 2 in gedrehter Stellung.
In der Figur 1 ist eine Vorrichtung zur Kornfeinung gemäß dem Stand der Technik bekannt, bei der über einen Stempel 1 eine Presskraft F auf einen Werkstoff oder eine Werkstoffprobe 2 ausgeübt wird. Die Probe 2 befindet sich in einem Presskanal 4 einer Matrize 3 und wird durch den winkeligen Presskanal 4 gedrückt. Dabei erfährt die Probe 2 eine hochgradige plastische Scherverformung. Der Querschnitt des Presswerkzeuges 1 entspricht dem Querschnitt am Ausgang des Presskanals 4. Über die gesamte Länge des Presskanals 4 in der Matrize 3 ändert sich der Querschnitt nicht.
Die Figur 2 zeigt dagegen eine erfindungsgemäße Matrize 10, die aus vier Matrizenteilen 11 , 12, 13, 14 besteht. In dem ersten Matrizenteil 11 ist zunächst eine Aufnahme 111 mit einem runden, sich verjüngenden, daran anschließenden Reduktionsstück 112 gezeigt. In die Aufnahme 111 wird der Bolzen oder das Ausgangsmaterial eingeführt und über ein nicht dargestelltes Presswerkzeug, beispielsweise einen Pressstempel o. dgl., in Richtung auf das sich verjüngende Reduzierstück 112 gedrückt. In der Spitze des Reduzierstückes 112 schließt sich ein Presskanal 20 an, der in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel einen quadratischen Querschnitt aufweist. Grundsätzlich sind auch andere Querschnittsgeometrien möglich. Der Presskanal 20 des ersten Matrizenteils 11 endet stirnseitig und schließt dort unmittelbar an den Presskanal 22 innerhalb des zweiten Matrizenteils 12 an. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Presskanal 22 des zweiten Matrizenteils 12 geradlinig ausgebildet. An dem Übergang zwischen dem zweiten und dem dritten Matrizenteil 13 ist in dem dritten Matrizenteil 13 dem zweiten Matrizenteil 12 zugewandt ein dreiseitig geschlossener Kanal ausgebildet, der stirnseitig durch das zweite Matrizenteil 12 geschlossen wird und einen weiteren Abschnitt 23 des Presskanals ausbildet. In dem dritten Matrizenteil 13 findet die erste rechtwinkelige Umlenkung senkrecht zu der Pressrichtung und Aufbringung der Presskraft durch das Werkzeug statt. Innerhalb des dritten Matrizenteils 13 erfolgt eine weitere Umlenkung des Werkstoffes aufgrund der Druckkraft und der abknickenden Form des Presskanals wieder parallel in Richtung zu der durch das Presswerkzeug aufgebrachten Presskraft.
Das letzte Matrizenteil 14 ist analog dem vorletzten Matrizenteil 13 aufgebaut, ebenfalls mit einem winkelig abknickenden Presskanal 24. Am Ausgang des Presskanals 24 kann ein Querschnitt vorhanden sein, der dem Querschnitt am ersten Matrizenteil 11 entspricht. Neben der dargestellten scheibenartigen Ausgestaltung der Matrizenteile können diese auch eine andere, beispielsweise blockartige Gestalt aufweisen.
Die in der Figur 2 gezeigte Matrize 10 weist einen rechtwinkeligen Presskanal 20, 22, 23, 24 auf, der einem wiederholten Pressen und Drehen der Probe gemäß der Figur 1 entspricht. Die aus mehreren Teilen 11 , 12, 13, 14 aufgebaute Matrize 10 kann beliebig erweitert oder verkürzt werden und kann an einen Rezipienten einer konventionellen Strangpresse angebaut werden. Das durchzudrückende Material wird dann als Strang durch den gesamten Presskanalverlauf in der Matrize 10 gepresst, wobei es mehrfach geschert wird, so dass in einem Pressdurchgang eine starke Akkumulation der Scherdehnung in verschiedenen Richtungen und eine entsprechend hohe Komfeinung auftritt. Der hohe Gegendruck innerhalb der Matrize 10 erzeugt einen hohen hydrostatischen Druck für eine homogene Gefügeausbildung des endverformten Werkstoffes.
In der Figur 3 ist die Einbindung einer Matrize 10 gemäß Figur 2 in einen Strangprozess dargestellt. Vor das erste Matrizenteil 11 mit dem Reduzierstück 112 ist eine Aufnahme 15 für den Werkstoff block vorgesehen. Das vorgeschaltete Reduzierstück 112 vermindert während des Prozesses den Werkstückblock auf die entsprechenden Abmessungen der Matrize 10 bzw. des Presskanals innerhalb der Matrize 10, bevor der Werkstoff oder der Pressstrang in der Mehrfachmatrize umgeformt wird. Die Matrize 10 kann direkt im Rezipienten an der Strangpressanlage beheizt werden und ist somit auch gut zur Umformung von hexagonalen Werkstoffen wie Magnesium oder Magnesiumlegierungen geeignet. Auch für andere Werkstoffe wie Stähle, Aluminium oder Aluminiumlegierungen ist dieses Verfahren geeignet.
In dem Aufnahmestück 15 ist ein Teil der Strangpresse mit dem entsprechenden Blockdurchmesser zu sehen, der auch dem Bolzendurchmesser des Presswerkzeuges entspricht. Die Matrize 10 kann vollständig in einer Stahlummantelung 30 eingeschlossen sein, damit sich die Matrize während des Pressvorganges nicht öffnet. Am Austritt 50 des letzten Matrizenteiles 14 kann ein formbildendes Endstück ausgebildet oder eingesetzt sein. Statt eines Endstückes kann in der Stirnwand der Umhüllung 30 auch lediglich eine Austrittsöffnung für das mehrfach umgeformte Material ausgebildet sein.
Anstelle von einzelnen Proben, wie gemäß der Figur 1 möglich, können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung lange Stränge oder fertige Profile hergestellt werden. Eine Mehrfachumformung durch die häufige Umlenkung innerhalb der Matrize 10 erlaubt es, mit einem einzigen Pressvorgang eine sehr große Scherverformung einzubringen, die eine homogene, ultrafeine Kornstruktur zur Folge hat. Bei einem entsprechenden Design der Matrize 10 und dem Endstück 50 können Strangpressprofile unmittelbar nach der Komfeinung hergestellt werden. Eine direkte Anbindung in eine industrielle Prozesskette ist vorgesehen und möglich, so dass eine unmittelbare Weiterverarbeitung des eingestellten Materials möglich ist.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung feinkörniger, polykhstalliner Werkstoffe oder Werkstücke, bei dem der Werkstoff unter Aufbringung einer Presskraft durch ein Presswerkzeug und unter Scherverformung durch eine Matrize gedrückt und dabei umgelenkt wird, wobei der Werkstoff eine Pressrichtung einnimmt, die von der Richtung der durch das Presswerkzeug ausgeübten Presskraft abweicht, dadurch gekennzeichnet, dass eine mehrfache Umlenkung des Werkstoffes innerhalb der Matrize durchgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff unter Beibehaltung seines Ursprungsquerschnittes durch die Matrize gedrückt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff am Matrizenausgang formgebend umgeformt wird.
4. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrize beheizt oder gekühlt wird.
5. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff mehrfach winkelig, insbesondere rechtwinkelig umgelenkt wird.
6. Matrize für ein Strangpresswerkzeug mit einem den Werkstoff während des Durchdrückens mehrfach umlenkenden Presskanal (20, 22, 23, 24).
7. Matrize nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Presskanal (20, 22, 23, 24) mehrfach winkelig, insbesondere rechtwinkelig abknickend ausgebildet ist.
8. Matrize nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Presskanal (20, 22, 23, 24) einen gleichbleibenden Querschnitt aufweist.
9. Matrize nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrize (10) mehrteilig aufgebaut ist und in jedem Matrizenteil
(11 , 12, 13, 14) ein Eingang und ein Ausgang ausgebildet ist.
10. Matrize nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Übergang von Eingang zu Ausgang der Matrizenteile (11 , 12, 13, 14) der Verlauf des Presskanals (20, 22, 23, 24) sich winkelig, insbesondere rechtwinkelig ändert.
11. Matrize nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Presskanal (23, 24) in einem Matrizenteil (13, 14) stirnseitig offen ausgebildet und von einem stirnseitig anliegenden anderen Matrizenteil
(12, 13) geschlossen ist.
12. Matrize nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass von dem stirnseitig offenen Presskanal ein geschlossener Kanal abzweigt.
13. Matrize nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrizenteile (11 , 12, 13, 14) in einer Halterung (30) zusammengefasst und gehalten sind.
14. Matrize nach einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Presskanal (20, 22, 23, 24) ein Reduzierstück (112) angeordnet oder ausgebildet ist.
15. Matrize nach einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass am Austritt (50) des Presskanals (20, 22, 23, 24) ein formbildendes
Profilwerkzeug angeordnet oder ausgebildet ist.
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