DE3601707A1

DE3601707A1 - Verfahren zur herstellung von koerpern hoher dichte und hoher zugfestigkeit

Info

Publication number: DE3601707A1
Application number: DE19863601707
Authority: DE
Inventors: Eva Dr Poeschel; Karl-Heinz Dr Gruenthaler; Heinrich Dr Winter
Original assignee: Battelle Institut eV
Current assignee: Battelle Institut eV
Priority date: 1986-01-22
Filing date: 1986-01-22
Publication date: 1987-08-13

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Körpern hoher Dichte und hoher Zugfestigkeit, auf der Basis von Wolfram und die Verwendung dieser Körper als Stabpenetratoren in Stabgeschossen.

Zur Herstellung von Stabpenetratoren werden Körper benötigt, die eine Dichte von mehr als 16 g/cm³ und eine Zugfestigkeit von mehr als 1500 N/mm² aufweisen.

Es wurden bereits Stäbe mit der geforderten Dichte durch Kombination von Wolframpartikeln mit Bindeschichten aus Eisen, Kobalt oder Nickel auf pulvermetallurgischem Wege hergestellt. Diese Stäbe zeigen aber eine Zugfestigkeit von höchstens 1200 N/mm². Außerdem ist ihre Zähigkeit nicht ausreichend. Insbesondere beim Schrägaufprall zerbrechen diese Stabpenetratoren noch vor dem Eindringen in das Ziel und verlieren damit ihre Wirkung.

Aufgabe der Erfindung ist es, insbesondere stabförmige Körper herzustellen, welche die hohe Dichte des Wolframs aufweisen und gleichzeitig eine hohe Festigkeit zeigen.

Diese Aufgabe ist nach der Erfindung dadurch gelöst, daß aus Wolfram hergestellte dünne Formkörper mit Metallen oder Legierungen beschichtet werden, deren Schmelzpunkte niedriger sind als der des Wolframs, daß die beschichteten Formkörper anschließend durch Verformung und/oder Temperatureinwirkung zu einem kompakten Körper verdichtet werden. Vorteilhafte Ausführungsformen des Verfahrens sind in den Patentansprüchen 2 bis 17 beschrieben. Der Patentanspruch 18 betrifft die Verwendung der so hergestellten Körper in Stabgeschossen.

Durch das Verdichten von Bündeln aus beschichteten Drähten gelingt es, die hohe Zugfestigkeit der dünnen Wolframkörper auf insbesondere stabförmige Körper zu übertragen, und gleichzeitig die hohe Dichte des Wolframs beizubehalten. Ausser der hohen Temperaturbeständigkeit haben die verdichteten Stäbe auch eine gute Kerbschlagzähigkeit.

Die verdichteten Stäbe bestehen demzufolge aus hochfesten Wolframdrähten, die in einer Matrix aus einem niedriger schmelzenden Metall oder einer Legierung, z. B. aus Kupfer, Kobalt oder Nickel, eingebettet sind. Zweckmäßigerweise werden die hochfesten Drähte durch Schmieden, Rundhämmern und/oder Ziehen hergestellt.

Um bei den zur Verdichtung benötigten Temperaturen einen Festigkeitsabfall der eingelagerten Wolframdrähte zu vermeiden, wird als Drahtmaterial Wolfram mit rekristallisationshemmenden Zusatz, z. B. 0,5 bis 2,0 Gew.% Thoriumoxid eingesetzt. Der Durchmesser der eingesetzten Wolframdrähte liegt vorzugsweise im Bereich von 0,1 bis 1 mm.

Zur Verbesserung der Haftung der aufzubringenden Metalle oder Legierungen auf die Oberfläche werden die Wolframdrähte beispielsweise auf galvanischem Wege mit einer vorzugsweise 1 bis 5 µm dicken haftvermittelnden Schicht, z. B. Palladium, versehen.

Bei den aufzubringenden Metallen kann es sich vorzugsweise um 5 bis 150 µm dicke Schichten aus Kupfer, Kobalt oder Nickel handeln, die ebenfalls galvanisch oder stromlos aufgebracht werden. Weiterhin erweist es sich als besonders vorteilhaft nach dem Aufbringen der Schichten ebenfalls auf galvanischem oder stromlosem Wege zusätzlich einen etwa 5 bis 50 µm starken Überzug aus einem niedrig schmelzenden Metall, z. B. Zink aufzubringen, das mit Kupfer, Nickel oder Kobalt fest und duktile Legierungen bildet.

Der Zinkbelag schmilzt oberhalb von 420°C und legiert sich mit dem darunterliegenden Kupfer, Kobalt oder Nickel unter Bildung von mechanisch festen und duktilen Legierungen mit Schmelzpunkten von etwa 700 bis 900°C für Kupfer-Zink oder 900 bis 1100°C für Kobalt-Zink oder Nickel-Zink. Die derart vorbehandelten Wolframdrähte können dann unter Anwendung von Druck und Temperatur von etwa 500 bis 800°C zu dichten und festen stabförmigen Körpern verarbeitet werden, in denen die volle Festigkeit der gezogenen Wolframdrähte, die 3000 N/mm² erreichen und übertreffen kann, zur Geltung kommt. Bei diesen Temperaturen verliert die haftvermittelnde Schicht, etwa das vorgeschlagene Palladium, noch nicht ihre Wirkung.

Zur Erreichung einer maximalen Festigkeit und Dichte wird die Stärke der auf den Wolframdrähten aufgebrachten Schichten so gewählt, daß diese nach der Verdichtung durch Pressen gerade zur Füllung der Zwischenräume der sich dann nahezu berührenden Wolframdrähte ausreichen.

Das Verdichten der beschichteten Wolframdrahtbündel zu festen Stäben kann durch kalt- oder heißisostatisches Pressen insbesondere bei Temperaturen von etwa 500 bis 800 C und einem Druck von etwa 0,5 bis 3 kbar erfolgen, aber auch durch Rundhämmern vorgenommen werden. Als optimal erweist es sich, das Einmanteln der Drahtbündel in einen Container z. B. aus Nickelblech, mit anschließendem Evakuieren und nachfolgendem heißisostatischen Pressen. Der resultierende Preßling kann dann auf das geforderte Endmaß rundgehämmert werden. Unter gewissen Voraussetzungen kann das Verdichten auch auf explosivem Wege erfolgen.

Alternativ können die verdichteten Stäbe auch in Stufen hergestellt werden, wodurch eine weitere Festigkeitssteigerung erzielt wird. Dies betrifft insbesondere stabförmige Körper im Durchmesserbereich von Zentimetern. Hierbei werden zuerst in einer Zwischenstufe dünne, stabförmige Körper mit einem Durchmesser im Bereich von Millimetern hergestellt. Zur Fertigung dieser dünnen, stabförmigen Körper werden Bündel von beschichteten Wolframdrähten unter einer Zugspannung von etwa 500 bis 1500 N/mm² gestreckt und kontinuierlich in einem Durchlaufofen bei Temperaturen von 400 bis 800°C unter Schutzgas aufgeheizt und dann insbesondere durch eine Sechskantdüse gezogen, wodurch sie zu dünnen, dichten und festen stabförmigen Körpern mit sechseckigem Querschnitt zusammengepreßt werden. Diese stabförmigen Körper werden anschließend mit einer weiteren dünnen Schicht aus Kupfer, Kobalt oder Nickel und vorteilhafterweise auch mit einer weiteren Zinkschicht belegt, dann gebündelt, eingemantelt, isostatisch heißgepreßt und anschließend auf Endmaß rundgehämmert.

Bei der Herstellung von Stabpenetratoren erweist es sich als vorteilhaft, zum Einmanteln einen dünnwandigen Hohlzylinder aus einem hochfesten Material, wie z. B. Stahl oder Edelstahl vorzusehen, der mit einer haftfördernden Innenschicht, wie z. B. Kupfer, Kobalt oder Nickel versehen wird. Dieser Hohlzylinder bleibt nach dem heißisostatischen Pressen und - falls erforderlich - nach dem Rundhämmern auf Endmaß als ein Schutzmantel erhalten. Er kann dann feingedreht und auch mit einem Gewinde versehen werden, ohne dabei die Wolframdrähte zu zerschneiden.

Der Boden des verbleibenden Hohlzylinders eignet sich darüber hinaus gut zum Aufbringen einer Hartmetallspitze, beispielsweise durch Hartlöten. Diese Hartmetallspitze bewirkt eine hohe Durchschlagleistung des Stabpenetrators.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Körpern hoher Dichte und hoher Zugfestigkeit auf der Basis von Wolfram, dadurch gekennzeichnet, daß aus Wolfram hergestellte dünne Formkörper mit Metallen oder Legierungen beschichtet werden, deren Schmelzpunkte niedriger sind, als der des Wolframs, daß die beschichteten Formkörper anschließend durch Verformung und/oder Temperatureinwirkung zu einem kompakten Körper verdichtet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus Wolfram Drähte hergestellt, diese nach der Beschichtung gebündelt und anschließend zu Stäben verdichtet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drähte parallel orientiert und vorzugsweise in gerade verlaufender Form gebündelt werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Drähte aus Wolfram mit rekristallisationshemmenden Zusätzen, vorzugsweise mit 0,5 bis 2,0 Gew.-% Thoriumoxid, hergestellt werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Drähte einen Durchmesser von 0,1 bis 1 mm aufweisen.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Drähte vor der Beschichtung mit Metallen oder Legierungen mit einer haftvermittelnden Schicht, vorzugsweise aus Palladium, versehen werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die haftvermittelnde Schicht in einer Dicke von 0,05 bis 5 µm aufgebracht wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Drähte stromlos oder galvanisch gleichmäßig mit Kupfer, Kobalt oder Nickel in einer Dicke von vorzugsweise 5 bis 150 µm beschichtet werden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Drähte mit mehreren aufeinander liegenden Schichten aus verschiedenen Metallen oder Legierungen versehen werden.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die beschichteten Drähte zusätzlich mit einer vorzugsweise 5 bis 50 µm dicken Schicht aus einem niedrig schmelzenden Metall, vorzugsweise Zink, versehen werden.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die beschichteten und gebündelten Drähte durch kalt- oder heißisostatisches Pressen, Rundhämmern oder Ziehen zu Stäben verdichtet werden.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die beschichteten und gebündelten Drähte auf explosivem Wege zu Stäben verdichtet werden.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die beschichteten Drähte in einer Zwischenstufe zu einem Bündel mit einem Durchmesser von 0,5 bis 5 mm, vorzugsweise 1 bis 2 mm, zu dünnen, stabförmigen Körper verarbeitet werden und anschließend aus diesen Körpern größere stabförmige Körper mit einem Durchmesser im Zentimeterbereich hergestellt werden.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die beschichteten und gebündelten Drähte mit einem Durchmesser im Millimeterbereich unter Schutzgas bei Temperaturen von 400 bis 800°C in einer vorzugsweise sechskantförmigen Ziehdüse zu festen, dünnen Stäben verpreßt werden.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß die verpreßten Stäbe mit einer zusätzlichen Schicht aus Kupfer, Kobalt oder Nickel sowie gegebenenfalls mit einer zusätzlichen Schicht aus Zink versehen, gebündelt, eingemantelt, heißisostatisch gepreßt und auf Endmaß rundgehämmert werden.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß zum Einmanteln ein dünnwandiger Hohlzylinder aus einem festen Material, vorzugsweise Stahl oder Edelstahl, verwendet wird, der vorzugsweise mit einer Innenbeschichtung zur besseren Haftung auf dem Stab versehen wird.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des verdichteten Stabs oder die Oberfläche des zum Einmanteln verwendeten Hohlzylinders durch Feindrehen bearbeitet wird oder mit einem Gewinde versehen wird.

18. Verwendung der nach einem der Ansprüche 1 bis 17 hergestellten Körper als Stabpenetratoren in Stabgeschossen.