DE3300205A1

DE3300205A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von patronenhuelsen aus einer im thixotropen zustand geformten kupferbasislegierung sowie so hergestelltes erzeugnis

Info

Publication number: DE3300205A1
Application number: DE19833300205
Authority: DE
Inventors: Jonathan A. Crawfordsville Ind. Dantzig; Michael J. Woodbridge Conn. Pryor; Joseph New Haven Conn. Winter
Original assignee: Olin Corp
Current assignee: Olin Corp
Priority date: 1982-01-06
Filing date: 1983-01-05
Publication date: 1983-08-04
Also published as: GB2112676A; FR2519275B1; GB8300216D0; IT8347516A0; FR2519275A1; US4494461A; CA1214713A; JPS58122166A; IT1164555B; GB2112676B

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Patronenhülsen aus einer im thixotropen Zustand geformten Kupferbasislegierung sowie so hergestelltes Erzeugnis

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung eines dünnwandigen, länglichen Gegenstands mit überlegenen Festigkeitseigenschaften aus einer aushärtbaren Kupferbasislegierung sowie auf nach dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung hergestellte Erzeugnisse. Das dünnwandige, längliche Teil gemäß der Erfindung ist insbesondere als Munitionshülse bzw. Patronenhülse verwendbar.

Bei der Herstellung von dünnwandigen, länglichen Gegenständen bzw. Teilen mit hoher Festigkeit, die als Munitionshülsen verwendet werden sollen, ist es sehr wünschenswert, den Gegenstand aus einem Material mit physikalischen Eigenschaften zu erzeugen, das bestimmte erwünschte Zielsetzungen erfüllen kann, d.h. ausreichende Bruchzähigkeit, um der mit dem Abfeuern einhergehenden Stoßbelastung zu widerstehen, gutes Formänderungsvermögen, damit der Gegenstand sich während des Abfeuerns ausdehnen und danach zusammenziehen kann, gute Festigkeitseigenschaften, um eine wiederverwendbare Patrone zu schaffen, usw. Zur Zeit werden Munitionshülsen aus einer großen Vielzahl von Metallen oder Metalllegierungen erzeugt, zu denen Stahl und Stahllegierungen, Kupfer und Kupferlegierungen sowie Aluminium und Aluminiumlegierungen gehören. Ein Material, das traditionell für das Gebiet der Munitionshülsen gewählt worden ist, ist die Kupferlegierung C26o. Dies wird durch den Handelsnamen dieser Legierung veranschaulicht, nämlich Hülsenmessing bzw. Patronenmessing.

Die Kupferlegierung C26o wird bei der Herstellung von Munitionshülsen mit den Bezeichnungen 27o, 3o-3o und 38 Spezial verwendet. Typischerweise haben diese Munitionshülsen Festig-

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keitswerte und eine Kornstruktur, die sich entlang der Länge der Munitionshülse ändern. Zum Beispiel ändert sich die Zugfestigkeit vom weichen zum extra-federharten Gefügezustand,

d.h. 379 bis 7o3 N/mm , vom Mundende zum Kopfende der Munitionshülse. Metallographische Untersuchungen haben eine stark kaltverformte, grobe Kornstruktur am Kopfende der Hülse und eine rekristallisierte, feinkörnige MikroStruktur am Mundende ergeben.

Um Gegenstände mit einer dünnwandigen Struktur und hohen Festigkeitscharakteristiken, die zum Einsatz als Munitionshülsen geeignet sind, zu erzeugen, wurde bisher ein breites Spektrum von Verfahren eingesetzt. Diese Verjähren beinhalten häufig, einen Rohling aus Metall oder einer Metallegierung einer komplexen Reihe von Herstellungsschritten zu unterwerfen, wie Näpfchenziehen, stufenweises Ziehen bzw. Fließpressen, Glühen, Beschneiden, Einsenken des Halses, Lochen usw. Bei der Erzeugung einer 3o-3o Munitionshülse aus Messing sind beispielsweise über 2o Herstellungsschritte einschließlich mehreren Zieh- und Glühschritten erforderlich. Bei der Erzeugung einer 38 Spezial-Munitionshülse aus Messing hat man über 15 Herste1lungsschritte einschließlich mehreren Zieh- und Glühschritten.

Ein bekanntes Verfahren zur Erzeugung einer Munitionshülse aus einer Kupfer-Zink-Legierung beinhaltet das Gießen einer Stange der Legierung mit ausreichendem Durchmesser, daß sich eine feinkörnige Gußstruktur ergibt, das Trennen der Stange in Werkstücke sowie danach, ohne irgendeine vorläufige, die Struktur der Legierung ändernde, plastische Verformung eine Reihe von auf die Werkstücke einwirkenden Ziehoperationen, die mit Glühbehandlungen abwechseln. Dieses Verfahren wird durch die US-PS 21 9o 536 veranschaulicht.

Ein bekanntes Verfahren zur Erzeugung einer hochfesten Munitionshülse aus einer wärmebehandelbaren Aluminiumlegierung beinhaltet ein Gegenlauf-Fließpressen bzw. Rückwärtsfließpressen eines im festen Aggregatzustand befindlichen, zylindrischen Rohlings zu einem gefäßförmigen Gegenstand und anschließend ein Ziehen, um dessen Wände in' der Wandstärke zu verringern und zu strecken. Ein Rohling aus der Aluminiumlegierung wird im Gegenlauf fließgepreßt durch eine Fließpreßform, um den gefäßförmigen Gegenstand zu bilden. Ein Schritt einer teilweisen Glühung wird durchgeführt, um Kaltverformungsspannungen, die vom Fließpressen stammen, zu beseitigen. Der gefäßförmige bzw. näpfchenförmige Gegenstand wird dann zu einer Ziehstempelanordnung gebracht, um einen länglichen, gefäßförmigen Gegenstand mit relativ dünnen, zylindrischen Wänden zu bilden. Nach dem Ziehen wird der Gegenstand vorzugsweise lösungsgeglüht, um die optimalen metallurgischen und mechanischen Eigenschaften zu erzielen. Nach der Wärmebehandlung kann ein kombinierter Fertigungsschritt der Formgebung durchgeführt werden, um den Kopf, eine Abschrägung, einen Hals und eine Zündladungshöhlung im Gegenstand zu bilden. Da die von der früheren Kaltverformung herrührende Festigkeit durch die Lösungsglühbehandlung entfernt oder neutralisiert worden ist, wird die Festigkeit des Basisbereichs vorzugsweise durch einen Verformungs- bzw. Schmiedevorgang gesteigert, die der Basis mindestens etwa 15% Kaltverformung erteilt. Danach wird der Gegenstand einer Ausscheidungs-Wärmebehandlung unterzogen, um seine Härte und Festigkeit zu steigern. Dieses Verfahren wird durch die US-PS 34 98 221 veranschaulicht.

Ein weiteres Verfahren zur Erzeugung einer Munitionshülse entweder aus einem Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt oder aus Messing wird durch die US-PS 26 98 268 veranschaulicht. Dieses Verfahren beinhaltet, einen Metallrohling auf ein Prägegesenk zu legen, um eine Scheibe mit einem zentralen, dickeren Bereich sowie einem Bereich, der sich in Richtung vom Zentrum zum Außenumfang der Scheibe verjüngt, zu schaffen.

Nach dem Prägen wird die Scheibe in geeigneter Weise geglüht. Danach wird die Scheibe einem anfänglichen Näpfchenerzeugungsund Ziehvorgang unterworfen, um eine Hülse zu bilden. Danach wird die Hülse zusätzlichen Ziehvorgängen unterworfen. Danach wird ein Ausbeulvorgang durchgeführt, um einen Bereich der Hülse anschließend an die Basis kaltzuverformen. Anschließend an diesen Ausbeulvorgang wird die gezogene, zylindrische Hülse einem zusätzlichen Ziehvorgang unterworfen. Danach wird die Basis in die gewünschte Form gebracht, eine öffnung in die Basis gestanzt und der untere Bereich der Hülse einem Glühverfahren unterworfen.

Ein weiteres Verfahren zur Erzeugung einer Hülse beinhaltet das Gießen einer Stahlhülse, erneutes Erhitzen der Hülse zum Zweck der Vereinheitlichung der Härte, Ausübung eines in Längsrichtung wirkenden Drucks, um poröse Stellen zu beseitigen und das Korn an den dünneren Stellen dichter als an den dickeren Bareichen zu machen, Aufkohlen mindestens eines Bereichs der Hülse, Abschrecken der Hülse zum Zwecke des Härtens sowie Endbearbeitung, um der Hülse eine gleichmäßige Dicke zu geben. Die US-PS 13 o3 727 veranschaulicht dieses Verfahren. Es wird darauf hingewiesen, daß dieses Verfahren der Erzeugung einer Hülse dient, die nach einer Explosion bricht.

Wie die vorstehenden Darlegungen vor Augen führen, sind die bisherigen Verfahren häufig sehr arbeits- und ausrüstungsintensiv und sind daher sehr kostspielig. Zur Verringerung der Kosten ist es wünschenswert, die Herstellungsverfahren durch Verringerung der Anzahl der beteiligten Schritte zu vereinfachen.

Neben den wirtschaftlichen Überlegungen muß man die weiteren Probleme im Auge haben, die mit diesen bekannten Techniken verbunden sind. Zum Beispiel gehen Verfahren, die Ziehformen

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bzw. Fließpreßformen verwenden, häufig mit Problemen wie Formenerosion und nachteiligen Auswirkungen auf Abmessungstoleranzen, die durch Temperaturhaltung in den Formen während der Verarbeitung erzeugt werden, einher.

Bei der Suche nach neueren Legierungen zur Ersetzung der trad itionellen Materialien wurde erfindungsgemäß gefunden, daß thixotropische oder Breiguß-Materialien einige günstige Eigenschaften besitzen. Zu diesen Qualitäten gehören verlängerte Lebensdauer der Form und verringerte Wärmeschockeffekte während der Verarbeitung.

Das Metallgefüge eines Breigußmaterials enthält primäre diskrete Festteilchen und eine umgebende Matrix. Die umgebende Matrix ist im festen Aggregatzustand, wenn die Metallzusammensetzung vollständig erstarrt ist, und ist im flüssigen Aggregatzustahd, wenn die Metallzusammensetzung als teilweise fester und teilweise flüssiger Brei vorliegt. Die primären Festteilchen weisen entartete Dendriten oder Knöllchen auf, die im wesentlichen eine kugelige Gestalt haben. Techniken zur Erzeugung von Breigußmaterialien und zum Gießen sowie zum Umformen dieser Materialien sind in den US-PSen 39 o2 544, 39 48 65o, 39 54 455, 39 36 298, 39 51 651, 41 06 956, der britischen Patentanmeldung 2o 42 385A (veröffentlicht am 24.September 198o), dem Aufsatz von Flemings et al.: "Rheocasting Processes" in AFS International Cast Metals Journal, September 1976, S. 11 bis 22, und im Aufsatz von Fascetta et al.: "Die Casting Partially Solidified High Copper Content Alloys" in ASF Cast Metals Research Journal, Dezember 1973, S. 167 bis 171 angesprochen.

Während Breigußmaterialien mit den oben erwähnten günstigen Eigenschaften bekannt sind, bestand das Problem, ein Breigußmetall oder eine Breigußmetallegierung ausfindig zu machen, die die gewünschten physikalischen Eigenschaften zeigt und

sich wirtschaftlicher verarbeiten läßt. Ein Metall oder eine Metallegierung, die zur Erzeugung eines Gegenstands ausgewählt wird, der letztlich zu einer Munitionshülse verarbeitet werden soll, sollte die guten Festigkeitseigenschaften besitzen, die zur Herstellung einer dünnwandigen, wiederverwendbaren Munitionshülse erforderlich sind. Das ausgewählte Metall oder die ausgewählte Metallegierung sollten außerdem gutes Verformungsverhalten und gute Bruchzähigkeitseigenschaften haben. Gutes Verformungsverhalten ist wünschenswert, da Munitionshülsen häufig während des Feuerns expandieren und danach kontrahieren. Die Bruchzähigkeit sollte ausreichen, um der mit dem Feuern einhergehenden Stoßbelastung zu widerstehen.

Es wurde unerwartet und überraschend gefunden, daß durch das Auswählen einer aushärtbaren Breiguß-Kupferbasislegierung und durch Formgebung im thixotropen Zustand ein Gegenstand mit Einsetzbarkeit als Munitionshülse erzeugt werden kann, der mindestens so gute Festigkeitseigenschaften hat wie die nach herkömmlichen Verfahren hergestellten Gegenstände. Ferner wurde gefunden, daß der Gegenstand zu einer Munitionshülse geformt werden kann mittels eines Verfahrens, das eine verringerte Anzahl von Verfahrensschritten besitzt. Infolgedessen beinhaltet die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung eines dünnwandigen, länglichen Gegenstands mit hoher Festigkeit, guter Duktilität und guten Bruchzähigkeitseigenschaften aus einer aushärtbaren bzw. durch Auslagerung härtbaren Breiguß-Kupferbasislegierung.

Gemäß der Erfindung wird ein dünnwandiger,länglicher Gegenstand dadurch erzeugt, daß man eine aushärtbare Breiguß-Kupferbas is legierung bereitstellt, einen teilerstarrten Brei aus der aushärtbaren Breiguß-Kupferbasislegierung erzeugt, den Brei der aushärtbaren Kupferbasislegierung im thixotropen Zustand einer Formgebung unterwirft, um den

dünnwandigen, länglichen Gegenstand zu formen, und den im thixotropen Zustand geformten Gegenstand aushärtet. Vorzugsweise ist die Kupferbasislegierung eine Legierung, die im wesentlichen aus etwa 3 bis 2o Gew.-% Nickel, etwa 5 bis 1o Gew.-% Aluminium und Rest Kupfer besteht.

Dadurch, daß man den Gegenstand aus einem teilerstarrten Brei einer aushärtbaren Breiguß-Kupferbasislegierung im thixotropen Zustand einer Formgebung unterwirft und den Gegenstand danach aushärtet, kann der Gegenstand mit hohen Festigkeitseigenschaften, einer dünnwandigen, länglichen Struktur, einer inneren Höhlung mit jeder gewünschten Konfiguration usw. erzeugt werden, ohne daß man die zahlreichen Ziehvorgänge und zwischengeschalteten Glühvorgänge der bekannten Verfahren durchführen muß. Infolgedessen verringern das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung die Anzahl der Schritte, die erforderlich sind, eine hochfeste Munitionshülse herzustellen, und verringern die bei den bekannten Verfahren anfallenden Kosten.

Die Erfindung ist in den nebengeordneten Ansprüchen 1 , 4 und 14 unterschiedlicher Kategorie gekennzeichnet. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den rückbezogenen Ansprüchen beansprucht. Die Formgebung im thixotropen Zustand geschieht vorzugsweise durch (Gesenk-)Schmieden.

Die Erfindung und Weiterbildungen der Erfindung werden nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele noch näher erläutert. Es zeigen:

Fig.1 ein Blockdiagrarnm eines ersten Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zur Erzeugung von Munitionshülsen;

Pig.2 eine schematische Seitenansicht, teilweise im Längsschnitt, einer Vorrichtung zum Breigießen eines kontinuierlichen Gegenstands, die bei der Vorrichtung gemäß Fig. 1 angesetzt werden kann;

Fig.3 eine schematische Seitenansicht, teilweise im Längsschnitt, einer weiteren Vorrichtung zum Breigießen eines kontinuierlichen Gegenstands, die in der Vorrichtung gemäß Fig. 1 verwendet werden kann;

Fig.4 eine schematische Seitenansicht, teilweise im Schnitt, einer Vorrichtung zum Zertrennen des kontinuierlichen Gegenstands, wie er mittels der Vorrichtung gemäß Fig.2 oder der Vorrichtung gemäß Fig.3 erzeugt worden ist, in Rohlinge und zum Wiedererhitzen der Rohlinge;

Fig.5 eine schematische Seitenansicht, teilweise im Längsschnitt, einer Vorrichtung zur Verformung der Rohlinge im thixotropen Zustand zu dünnwandigen, länglichen Gegenständen;

Fig.6 eine schematische Schnittansicht einer alternativen Konfiguration der unteren Form der Vorrichtung zur Formgebung im thixotropen Zustand von Fig.4 zur Erzeugung eines Gegenstands ohne eine Bodenöffnung;

Fig.7 einen Längsschnitt eines gefäßform!gen Gegenstands, wie er mittels der Vorrichtung zur Formgebung im thixotropen Zustand gemäß Fig.5 erzeugt werden kann;

Fig.8 eine schematische Seitenansicht, teilweise im Schnitt, einer Vorrichtung zur Wärmebehandlung der Gegenstände, die mittels der Vorrichtung zur Formgebung im thixo-

tropen Zustand gemäß Fig. 5 erzeugt worden sind;

Fig.9 einen Schnitt einer Munitionshülse, die gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugt worden ist.

Am Anfang des Anmeldungstextes wurden bekannte Techniken zur Erzeugung von teilerstarrten, thixotropen Metallbreien kurz diskutiert, die beim Breigießen, der Formgebung im thixotropen Zustand, dem Gießen im thixotropen Zustand usw. Verwendung finden. Der Begriff "Breigießen" bedeutet vorliegend die Bildung eines teilerstarrten, thixotropen Metallbreis unmittelbar in der gewünschten Struktur, beispielsweise als Block oder Barren oder Knüppel oder Ronde zur weiteren Verarbeitung oder als aus dem Brei gebildetes Formgußstück. Die Begriffe "Gießen im thixotropen Zustand" oder "Formgebung im thixotropen Zustand" bedeuten vorliegend eine Art der Verarbeitung, die mit einem breigegossenen Material beginnt, das für die weitere Verarbeitung, beispielsweise durch Druckgießen oder Schmieden, wiedererhitzt wird.

Die Erfindung ist auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung eines dünnwandigen, länglichen Gegenstands gerichtet, der besondere Nützlichkeit als Munitionshülse bzw. Patronenhülse hat. Das hier offenbarte Verfahren bedient sich eines teilerstarrten Breis einer aushärtbaren Kupferbasislegierung. Die Vorteile von Breigußmaterialien sind im Stand der Technik ausführlich beschrieben worden. Zu diesen Vorteilen gehört die verbesserte Fehlerfreiheit des Gusses im Vergleich zu herkömmlichem Druckgießen. Dies ist darauf zurückzuführen, daß das Metall bei seinem Eintritt in die Form teilerstarrt ist mit etwa 5 bis 4o%, vorzugsweise etwa 1o bis 3o% Eutectikum. Es wird angenommen, daß dies von einer Nicht-Gleichgewichtserstarrung herrührt, und daher tritt weniger Schwindungsporosität auf. Die Lebensdauer von Maschinenkomponenten wird ebenfalls verbessert

wegen der verringerten Erosion von Formen und Gesenken und wegen verringertem Wärmeschock, wie er mit dem Breigießen verbunden ist. Die Metallzusammensetzung eines teilerstarrten Breis enthält primäre, diskrete Festteilchen und eine umgebende Matrix. Die umgebende Matrix ist fest, wenn die Metallzusammensetzung vollständig erstarrt ist, und ist flüssig, wenn die Metallzusammensetzung ein teilweise fester und teilweise flüssiger Brei ist. Zu den primären Festteilchen gehören degenerierte Dendriten oder Knöllchen, die generell kugelförmig sind. Die primären Festteilchen bestehen aus einer Einzelphase oder einer Mehrzahl von Phasen, die eine mittlere Zusammensetzung hat (haben), die sich von der mittleren Zusammensetzung der umgebenden Matrix in der vollständig erstarrten Legierung unterscheidet. Die Matrix kann nach weiterer Erstarrung eine oder mehrere Phasen aufweisen.

Herkömmlich erstarrte Legierungen haben verzweigte Dendriten, die miteinander verbundene Netzwerke entwickeln, wenn die Temperatur verringert wird und der Gewichtsanteil an fester Phase steigt. Im Gegensatz dazu bestehen teilerstarrte Metallbreie aus primären, diskreten, entarteten Dendritteilchen, die voneinander durch eine flüssige Metallmatrix getrennt sind. Die primären Festteilchen sind entartete Dendriten dadurch, daß sie durch glattere Oberflächen und eine weniger verzweigte Struktur als normale Dendriten charakterisiert sind und sich einer kugelförmigen Konfiguration nähern. Die umgebende Festmatrix wird während der Erstarrung der Flüssigmatrix im Anschluß an die Bildung der primären Festteilchen gebildet und enthält eine oder mehrere Phasen des Typs, wie sie auch während dar Erstarrung der Schmelze in einem herkömmlicheren Verfahren erhalten würde(n). Die umgebende Matrix enthält Dendriten, einphasige oder mehrphasige Verbindungen, feste Lösung bzw. Mischkristall, oder Mischungen von Dendriten und/oder Verbindungen und/oder festen

Lösungen.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 6 und 8 wird eine Vorrichtung 1o zur Erzeugung eines dünnwandigen, länglichen Gegenstands veranschaulicht. Die Vorrichtung 1o weist ein System 11 zum Breigießen eines kontinuierlichen Gußteils 46 auf. Das Breigußsystem 11 kann einen Behälter 14 aufweisen, in dem eine aushärtbare Metallegierung 12 enthalten ist, ■ vorzugsweise in Form einer Schmelze. Mehrere Induktions-Heizwindungen 16 umgeben den Behälter 14. Die Induktions-Heizwindungen 16 können dazu dienen, die Metallegierung 12 bis zum flüssigen Zustand zu erhitzen oder die Metallegierung 12 auf einer Temperatur oberhalb der Liquidustemperatur zu halten.

Der Behälter 14 besitzt mindestens eine Öffnung 18, durch dos die Schmelze 12 in eine Rührzone 2o gelangt. Die Größe der Öffnung 18 kann durch einen Satz von Durchtrittsverhinderungsplatten 22 reguliert werden. Ein geeigneter Rührer 24, beispielsweise in Form einer Schneckenstange, ist innerhalb der Rührzone 2o vorgesehen. Der Rührer 24 kann an einem rotierbaren Schaft 26 angebracht sein, der durch beliebige, geeignete Mittel (nicht gezeigt) angetrieben ist.

Die Rührzone ist mit einer Induktions-Heizspule 28 und einem Kühlmantel 3o zur Steuerung der Wärmemenge und der Temperatur der Metallegierung innerhalb der Rührzone 2o versehen. Der Kühlmantel 3o hat einen Fluideinlaß 32 und einen Fluidauslaß 34. Jedes geeignete Kühlmittel, vorzugsweise Wasser, kann Verwendung finden.

Der Abstand zwisch ei der inneren Oberfläche 36 der Rührzone 2o und der radial äußeren Oberfläche 38 des Rührers 24 sollte so sein, daß größe Scherkräfte auf den teilerstarrten, in der Rührzone 2o gebildeten Brei aufgebracht werden können.

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Die Scherkräfte sollen ausreichen, die Bildung von miteinander verbundenen, dendritischen Netzwerken zu verhindern/ während zugleich ein Durchtreten des teilerstarrten Breis durch die Rührzone 2o ermöglicht sein soll. Da das eingebrachte Ausmaß an Scherung in dem teilerstarrten Brei bei einer gegebenen Drehzahl des Rührers 24 eine Funktion sowohl des Radius der Rührzone 2o als auch des Radius des Rührers 24 ist, variiert die Weite des Spiels mit der Größe des Rührers 24 und der Rührzone 2o. Um das erforderliche Ausmaß an Scherung zu induzieren, können größere Spiele mit größeren Rührern 24 und Rührzonen 2o vorgesehen werden.

Eine Öffnung 4o ist an der unteren Fläche der Rührzone 2o vorgesehen. Die Größe der Öffnung 4o kann durch Anheben oder Absenken des Schaftes 26 gesteuert werden, so daß das untere Ende des Rührers 24 in die gesamte oder einen Teilbereich der Öffnung 4o paßt. Der teilerstarrte Brei 42, der aus der Rührzone 2o durch die Öffnung 4o austritt, kann in eine Gießvorrichtung 44 zum kontinuierlichen Gießen eines festen Gußstücks 46 gerichtet werden.

Die Gießvorrichtung 44 kann eine beliebige herkömmliche, bekannte Gießanordnung aufweisen. Bei einer bevorzugten Ausführung weist die Gießvorrichtung 44 eine Form 48 auf, die von einem Kühlmantel 5o umgeben ist. Die Form 48 hat vorzugsweise eine zylindrische Gestalt, obwohl sie jede beliebige gewünschte Konfiguration haben kann. Die Form 48 kann aus irgendeinem geeigneten Material, wie Kupfer und Kupferlegierungen, Aluminium und Aluminiumlegierungen, aus teni ti schein rostfreiem Stahl und seinen Legierungen usw., bestehen. Der Kühlmantel 5o hat einen Fluideinlaß 52 und einen Fluidauslaß 54. Jedes bekannte geeignete Kühlmittel kann Verwendung finden. Vorzugsweise wird Wasser als Kühlmittel eingesetzt.

Die Erstarrung wird durch Entzug von Wärme aus dem teilerstarrten Brei durch die innere Wandungsoberfläche 51 und die

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äußere Wandungsoberfläche 53 der Form 48 sowie durch Aufsprühen von Kühlmittel gegen das erstarrende Gußstück 46 bewerkstelligt. Irgendein herkömmlicher, nicht gezeichneter Abzugsmechanismus kann eingesetzt sein, um das Gußstück 46 mit irgendeiner gewünschten Geschwindigkeit nach unten aus der Form 48 abzuziehen. Statt des Breigußsystems gemäß Fig.2 kann das bevorzugte Breigußsystem 11· gemäß Fig.3 eingesetzt sein. Das Breigußsystem 11' besitzt eine Form 111, die zum kontinuierlichen oder semi-kontinuierlichen Breigießen thixotroper Metallbreie geeignet ist. Die Form 111 kann aus einem beliebigen, gewünschten, unmagnetischen Material, wie rostfreiem Stahl, Kupfer, Kupferlegierung oder dergleichen, bestehen. Die Form 111 kann irgendeine gewünschte Querschnittsgestalt haben. Bei einer bevorzugten Ausführung hat die Form 111 eine kreisförmige Querschnittsgestalt.

Eine mehrgliedrige Kühlanordnung 12o ist ringförmig um die Formwandung 121 angeordnet. Die spezielle dargestellte Kühlanordnung 12o weist eine erste Einlaßkammer 122 und eine zweite Kammer 123 auf, die mit der ersten Einlaßkammer 122 durch einen engen Schlitz 124 verbunden ist. Ein Auslaßschlitz 125 ist durch einen Spalt zwischen der Kühlanordnung 12o und der Form 111 gebildet. Ein gleichmäßiger Wasservorhang wird über die äußere Oberfläche 126 der Form 111 geschaffen. Es ist eine geeignete Ventilanordnung 127 vorgesehen, um die Durchflußmenge an abgegebenem Wasser oder einem anderen Kühlmittel zu steuern, um die Geschwindigkeit zu steuern, mit der der teilerstarrte Brei S erstarrt. Das Ventil 127 ist als handbetätigtes Ventil gezeichnet; es kann sich aber auch um ein elektrisch betriebenes Ventil handeln.

Die Schmelze, die in die Form 111 gegossen wird, wird unter gesteuerten Bedingungen mittels des die äußere Oberfläche 126 der Form 111 von der umgebenden Kühleinrichtung 12o kontaktie-

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renden Wassers geHihlt. Durch Steuerung der Wasserströmungsmenge gegen die Formoberf l'iche 126 wird das Ausmaß der Wärmeentziehung von der Schmelze innerhalb der Form 111 zum Teil gesteuert.

Um eine Einr jchtung zum Rühren des geschmolzenen Metalls innerhalb der Form 111 zu schaffen, die den gewünschten teilerstarrten Brei bildet, ist ein zweipoliger, mehrphasiger Stator 128 eines Induktionsmotors die Form 111 umgebend angeordnet. Der Stator 128 besteht aus einem laminierten Eisenpaket 129, auf dem gewünschte Wicklungen 13o in herkömmlicher Weise zur Schaffung eines mehrphasigen Induktionsmotorstators angeordnet sind. Der Motorstator 128 ist innerhalb eines Motorgehäuses M angebracht. Die Kühleinrichtung 12o und der Motorstator 28 sind konzentrisch zur Achse 118 der Form 111 und des darin geformten Gußstücks 46 angeordnet.

Es ist bevorzugt, einen zweipoligen, dreiphasigen Induktionsmotorstator 128 zu verwenden. Ein Vorteil des zweipoligen Motorstators 128 besteht darin, daß ein Nicht-Null-Feld über den gesamten Querschnitt der Form 111 existiert. Es ist deshalb mit diesem System möglich, ein Gußstück mit der gewünschten Breigußstruktur über seinen gesamten Querschnitt erstarren zu lassen. Der zweipolige Induktionsmotorstator 128 schafft außerdem e iie höhere Rotationsfrequenz oder Rührgeschwindigkeit des Breis S bei einer gegebenen Stromfrequenz.

Eine teilweise abschließende Abdeckung 132 ist vorgesehen, um ein Überlaufen der Schmelze und des Breis S wegen der durch das magnetische Feld des Motorstators 128 erzeugten Rührwirkung zu verhindern. Die Abdeckung 132 weist eine oberhalb der Kühleinrichtung 12o angeordnete und von dieser durch eine geeignete keramische Auskleidung 133 getrennte Metallplatte ^auf. Die Abdeckung 132 besitzt eine Öffnung 134, durch die

die Schmelze in den Hohlraum 114 der Form 111 fließt. Mit der öffnung 134 in der Abdeckung 132 steht ein Trichter 135 zum Leiten der Schmelze in die öffnung 134 in Verbindung. Eine keramische Auskleidung 136 zum Schützen des Metalltrichters 135 und der öffnung 134 ist vorgesehen. Da der Brei S innerhalb des Formhohlraums rotiert, wirken Zentrifugalkräfte auf das Metall und versuchen, es die Formwandung 121 hinaufzutreiben. Die Abdeckung 132 mit ihrer keramischen Auskleidung 133 verhindert es, daß der Metallbrei S hinaufbewegt wird oder aus dem Formhohlraum ausläuft. Der Trichterbereich 135 der Abdeckung 132 dient ferner" als Schmelzenreservoir, um die Form 111 gefüllt zu halten und um die Bildung einer U-förmigen Höhlung im Ende des Gußstücks wegen der Zentrifugalkräfte zu vermeiden.

Direkt oberhalb des Trichters 135 befindet sich ein Auslauf 137, durch den Schmelze von einem nicht gezeichneten Schmelzofen fließt. Eine nicht gezeichnete und mit dem Auslauf 137 in koaxialer Anordnung zusammenwirkende Ventileinrichtung kann in herkömmlicher Weise Verwendung finden, um die Strömung von Schmelze in die Form 111 zu regulieren.

Der nicht gezeichnete Ofen kann von beliebiger herkömmlicher Konstruktion sein. Es ist nicht wesentlich, daß der Ofen unmittelbar oberhalb der Form 111 angeordnet ist. In Übereinstimmung mit dem herkömmlichen Stranggießen kann der Ofen seitlich daneben angeordnet und mit der Form 111 durch eine Reihe von nicht gezeichneten Mulden oder Rinnen verbunden sein.

Es ist bevorzugt, daß das durch den Stator 128 erzeugte Rührkraftfeld sich über die gesamte Erstarrungszone der Schmelze und des teilerstarrten Metallbreis S erstreckt. Andernfalls würde die Struktur des Gußstücks Bereiche innerhalb des Feldes des Stators 128 mit einer Breigußstruktur

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und Bereiche außerhalb des Statorfeldes mit einer Tendenz zu einer Nicht-Breigußstruktur aufweisen. Bei der Ausführung gemäß Fig.3 enthält die Erstarrungszone vorzugsweise den Schmelzensumpf und den Brei S innerhalb der Form 111, sich erstreckend von der oberen Fläche 14o zur Erstarrungsfront 141, die das erstarrte Gußstück 46 von dem Brei S trennt. Die Erstarrungszone erstreckt sich mindestens von der Gegend des anfänglichen Beginns der Erstarrung und der Breibildung im Formhohlraum 114 zur Erstarrungsfront 141.

Unter normalen Erstarrungsbed ingungen wird der Umfang des Gußstücks 46 dne säulenförmige, dendritische Kornstruktur zeigen. Eine derartige Struktur ist unerwünscht und verschlechtert die Gesamtvorteile der Breigußstruktur, die den größten Teil des Gußstücksquerschnitts einnimmt. Um die äußere dendritische Schicht zu vermeiden oder in ihrer Dicke wesentlich zu verringern, wird die Wärmeleitfähigkeit des oberen Bereichs der Form 111 durch eine Teilauskleidung 142 der Form, gebildet von einem isolierenden Material, wie e iiem keramischen Material, verringert. Die keramische Formauskleidung 142 erstreckt sich von der keramischen Auskleidung 133 der Formabdeckung 132 hinab in den Formhohlraum 114 über eine ausreichende Entfernung, so daß das magnetische ■ Rührkraftfeld des zweipoligen Motorstators 128 mindestens zum Teil durch die keramische Teil-Formauskleidung 142 abgefangen wird. Die keramische Formauskleidung 142 ist eine Schale, die der Innengestalt der Form 111 angepaßt ist und an der Formwandung 121 gehalten ist. Die Form 111 weist eine Doppelstruktur mit einem oberen Bereich ger-inger Wärmeleitfähigkeit, der durch die keramische Auskleidung 142 definiert ist, und einem unteren Bereich hoher Wärmeleitfähigkeit, der durch den freiliegenden Bereich der Formwandung 121 definiert ist, auf. Die Auskleidung 142 verzögert die Erstarrung, bis die Schmelze in den Bereich der starken magnetischen

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Rührkraft gelangt. Das geringe Ausmaß des Wärmeentzugs, das mit der Auskleidung 142 einhergeht, verhindert im wesentlichen die Erstarrung in diesem Bereich der Form 111. Im wesentlichen findet Erstarrung nicht ätatt mit Ausnahme der Annäherung an das stromabwärts liegende Ende der Auskleidung 142 oder gerade danach. Die Schervorgänge, die von dem angelegten, rotierenden magnetischen Feld herrühren, werden ferner die Tendenz zur Bildung einer erstarrten Schale im Bereich der Auskleidung 142 überlagern. Dieser Bereich 142 oder diese Zone der niedrigen Wärmeleitfähigkeit sind dadurch dazu dienlich, daß das erhaltene Breigußstück 46 über seinen gesamten Querschnitt sogar bis hin zu seiner äußeren Oberfläche eine degeneriert-dendritische Struktur hat.

Unterhalb des durch die Auskleidung 142 definierten Bereichs gesteuerter Wärmeleitfähigkeit befindet sich die normale Art von Wassergekühlter Formwandung 121 für Metallguß. Das hohe Ausmaß an Wärmeübertragung, das in diesem Bereich der Form vorhanden ist, begünstigt die Bildung einer Schale. Wegen der Zone 142 mit geringem Maß an Wärmeentzug sollte jedoch sogar die Umfangsschale des Gußstücks 46 aus entarteten Dendriten in einer umgebenden Matrix bestehen.

Um die gewünschte Breigußstruktur an der Oberfläche des Gußstücks zu schaffen, ist es bevorzugt, irgendein anfängliches Erstarrungswachstum von der Formauskleidung 142 einer wirksamen Scherkraft zu unterwerfen. Dies kann dadurch erreicht werden, daß man sicherstellt, daß das dem Motorstator 128 zugeordnete Feld sich über mindestens denjenigen Bereich der Auskleidung 142 erstreckt, in dem Erstarrung zuerst beginnt.

Die Dendriten, die sich anfänglich rechtwinklig zum Umfang der Gießform 111 bilden, werden wegen der Metallströmung, die von dem rotierenden magnetischen Feld des Induktionsmotorstators 128 herrührt, leicht abgeschert. Die abgescherten

Dendriten werden fortgesetzt weitergerührt, um entartete Dendriten zu bilden, bis sie durch die Erstarrungsgrenzfläche 141 eingefangen werden. Entartete Dendriten können sich ebenfalls direkt innerhalb des Breis S bilden, da die rotierende Rührwirkung der Schmelze ein bevorzugtes Wachstum von Dendriten nicht erlaubt. Um dies sicherzustellen, soll sich der Stator 128 mit seiner Länge vorzugsweise über die gesamte Länge der Erstarrungszone erstrecken. Insbesondere sollte das den Stator 128 zugeordnete Rührkraftfeld sich vorzugsweise über die gesamte Länge und den gesamten Querschnitt der Erstarrungszone mit einer genügenden Größe erstrecken, um das gewünschte Scherungsausmaß zu erzeugen.

Um unter Verwendung des Systems 11' gemäß Fig. 3 das Gußstück 46 zu formen, wird Schmelze in den Formhohlraum 114 gegossen, während der Motorstator 128 mit einem geeigneten Dreiphasen-Wechselstrom gewünschter Größe und Frequenz beaufschlagt wird. Nachdem die Schmelze in den Formhohlraum 114 gegossen ist, wird sie kontinuierlich durch das rotierende magnetische Feld, das vom Motorstator 128 erzeugt wird, gerührt. Die Erstarrung beginnt von der Formwandung 121 aus. Die höchsten Scherungsraten werden an der stationären Formwandung 121 oder an der fortschreitenden Erstarrungsfront 141 erzeugt. Durch ordnungsgemäßes Steuern der Erstarrungsgeschwindigkeit durch beliebige gewünschte Mittel, wie sie zum Stand der Technik gehören, wird der gewünschte teilerstarrte Brei S im Formhohlraum 114 gebildet. In dem Ausmaß, wie sich eine erstarrende Schale am Gußstück 46 bildet, wird ein nicht gezeichneter Fußblock des Standardtyps beim Stranggießen mit einer gewünschten Gießgeschwindigkeit nach unten gefahren.

Das Gußstück 46 ist vorzugsweise ein kontinuierliches Gußstück mit einer beliebigen gewünschten Gestalt, z.B. eine Stange, ein Stab, ein Draht usw. Wenn das Gußstück 46 bei einem Verfahren zur Erzeugung von Munitionshülsen verwendet werden soll, hat das Gußstück 46 vorzugsweise einen kreis-

förmigen Querschnitt.

Das Gußstück 46 wird mittels beliebiger, geeigneter, nicht gezeichneter Mittel zu einer Trenneinrichtung 56 überführt. Die Trenneinrichtung 56 kann irgendeine herkömmliche Vorrichtung zum Trennen eines kontinuierlichen Teils aufweisen, z.B. ein fliegendes Scherblatt zum heißen oder kalten Abscheren, ein Sägeblatt usw. Das Gußstück 46 wird vorzugsweise in irgendeine gewünschte Anzahl von Rohlingen oder Abschnitten 58 geschnitten, die eine gewünschte Dicke haben. Die Rohlinge oder Abschnitte 58 werden vorzugsweise so geschnitten, daß ein ausreichendes Metallvolumen zur Füllung des Gesenkhohlraums einer Schmiedeeinrichtung zuzüglich einer Toleranz für Überschußmaterial oder Gratmaterial und in einigen Fällen für einen Vorsprung zum Halten des Schmiedestücks zur Verfügung steht.

Bei einer bevorzugten Ausführung weist die Metallegierung eine aushärtbare Kupferbasislegierung auf. Obwohl die Legierungszusammensetzung variiert werden kann, um die Forderungen an Festigkeit und Duktilität zu erfüllen, wird vorzugsweise eine Legierung verwendet, die aus etwa 3 bis 20 %f vorzugsweise etwa 5 bis 15 %, Nickel, etwa 5 bis 10 %, vorzugsweise etwa 6 bis 9 % Aluminium und Rest Kupfer besteht, wobei diese Prozentangaben Gewichtsprozente bedeuten. Das Vorhandensein von Nickel und Aluminium in der Legierung dient der Schaffung eines aushärtbaren Legierungssystems. Die Legierungszusammensetzung kann außerdem natürlich Verunreinigungen enthalten, wie sie für Legierungen dieses Typs üblich sind, und kann zusätzliche Zusätze in der Legierung enthalten, wie gewünscht, um bestimmte Charakteristika zu betonen oder speziell erwünschte Ergebnisse zu erreichen.

Statt die Metallegierung zu gießen und in Abschnitte 58 zu schneiden, kann eine Quelle der Breiguß-Metallegierung ein vorgeschnittenes Stranggußstück einer Breiguß-Metalllegierung sein. Alternativ kann die Quelle der Breiguß-Metallegierung der teilerstarrte Brei, wie er im System oder im System 11' erzeugt worden ist, sein.

Die Abschnitte 58 können durch irgendeinen geeigneten Fördermechanismus 60, d.h. ein Förderband, eine Rutsche usw., zu einer Aufheizquelle 62 überführt werden. Die Aufheizquelle 62 dient dazu, die Abschnitte 58 auf eine Temperatur wiederzuerhitzen, die ausreicht, um den teilerstarrten Zustand wiederherzustellen. Die Abschnitte 58 sollten ausreichende Integrität haben, so daß keine Notwendigkeit besteht, einen Behälter zum Halten des weichen Abschnitts 58 vorzusehen. Wenn gewünscht, kann jedoch jeder Abschnitt 58 in einem geeigneten Behälter in herkömmlicher Weise während der Wiedererhitzung angeordnet werden. Die Wiedererhitzung wird vorzugsweise schnell durchgeführt, um Homogenisierungsvorgänge zu minimieren. Bei einer bevorzugten Ausführung weist die Heizquelle 62 einen Ofen mit Induktionsspule auf. Der Ofen 62 hat einen Einlaß 64 und einen Auslaß 66. Irgendeine geeignete Betätigungseinrichtung 61, wie ein hydraulisch betätigter Stempel, kann Verwendung finden, um die Abschnitte 58 in den Ofen 62 zu bringen und aus dem Ofen 62 herauszubringen. Innerhalb des Ofens 62 passieren die Abschnitte 58 durch einen temperaturbeständigen Isolator 68, der von der Induktionsspule 70 umgeben ist. Die Induktionsspule 70 weist vorzugsweise wassergekühlte Rohre auf. Die Induktionsspule 70 ist mit einer nicht gezeichneten Quelle elektrischer Energie verbunden, so daß der elektrische Strom durch die Rohre geleitet wird. Statt eines Induktionsofens kann jeder geeignete, bekannte Ofen Verwendung finden.

Die Temperatur, auf die die Abschnitte 58 erhitzt werden, sollte schnell erreicht werden, so daß die Abschnitte 58 eine Struktur behalten, die so fein wie möglich ist. Es ist bevorzugt, eher eine feine Struktur als eine grobe Struktur zu schmieden, da grobe Strukturen eine höhere Viskosität haben. Die Temperatur, auf die die Abschnitte 58 erhitzt werden, sollte ausreichend sein, um etwa 10 bis 30 % der Metallegierung, aus der die Abschnitte 58 gebildet sind, zurück in die flüssige Phase zu bringen. Dies wird in erster Linie getan, um die Festphasenteilchen der Metallegierung von der in Lösung befindlichen Phase getrennt zu halten.

Wenn die Metallegierung die vorstehend erwähnte, aushärtbare Kupferbasislegierung aufweist bzw. aus dieser besteht, werden die Abschnitte 58 auf eine Temperatur von mindestens etwa 800° C wiedererhitzt. Vorzugsweise liegt die Temperatur in dem Bereich von etwa 1.040 bis 1.075° C, höchst vorzugsweise im Bereich von etwa 1.050 bis 1.060° C.

Nach der Wiedererhitzung werden die Abschnitte 58 durch irgendeine geeignete, nicht gezeichnete Einrichtung zur Vorrichtung 72 zum Schmieden im thixotropen Zustand überführt. Die Vorrichtung 72 zum Schmieden im thixotropen Zustand ist vorzugsweise eine Schmiedevorrichtung mit geschlossenem Gesenk. Der Einsatz einer Schmiedevorrichtung mit geschlossenem Gesenk ist bevorzugt, weil sie die Erzeugung komplizierter Gestaltungen und die Durchführung kräftiger Reduktionen mit engeren Abmessungstoleranzen, als sie üblicherweise mit Schmiedevorrichtungen mit offenem Gesenk erreichbar sind, erlaubt. Das Schmieden mit geschlossenem Gesenk erlaubt außerdem die Steuerung der Kornflußrichtung und verbessert häufig die mechanischen Eigenschaften in Längsrichtung des Werkstücks.

Die Vorrichtung 72 zum Schmieden im thixotropen Zustand weist ein üntergesenk 74 auf, das in einer Amboßkappe 76 angeordnet ist, die an einem Rahmen 78 angebracht ist.

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Die Metallegierung in Form des wiedererhitzten Abschnitts wird im Untergesenk 74 plaziert. Ein Obergesenk 79 ist an eine ein hohes Gewicht aufweisende Ramme 80 angeschlossen. Die Ramme 80 kann durch irgendein herkömmliches System betätigt werden, beispielsweise ein Lufthebesystem, ein hydraulisches System, ein Brettsystem bzw. mit Reibung arbeitendes System usw. Die Ramme 80 wird durch den nicht gezeichneten Betätiger zu einer gewünschten Position angehoben und dann fallengelassen. Die Schlagkraft, die durch das Obergesenk 79 und die gewichtsbehaftete Ramme 80 auferlegt wird, verursacht eine Verformung der Metallegierung. Die Gesenke können eine Gestalt haben, wie sie in Fig. 5 gezeigt ist, um einen Gegenstand bzw. ein Teil 82 mit einer dünnwandigen, länglichen, gefäßförmigen bzw. hoch-näpfchenförmigen Gestalt und einer inneren Höhlung 84 mit Seiten 86, die gewünschtenfalls im wesentlichen parallel sein können, und einer oberen Öffnung 85 und einer Bodenöffnung 88 zu schaffen. Wenn gewünscht, kann das Untergesenk 74 so gestaltet sein, wie in Fig. 6 gezeichnet, um einen Gegenstand bzw. ein Teil ohne eine Bodenöffnung zu erzeugen. Wenn der Gegenstand 82 als Munitionshülse Verwendung finden soll, kann die Öffnung 88 später zur Aufnahme einer Zündladung in der Munitionshülse dienen. Die Gesenke 74 und 79 können so gestaltet sein, daß sie die Erzeugung eines Gegenstands mit irgendeiner gewünschten Gestalt ermöglichen.

Es wurde gefunden, daß es wünschenswert ist, die aushärtbare Kupferbasislegierung in einem thixotropen Zustand zu schmieden, bei dem im teilerstarrten Brei etwa 10 bis 30 % der Legierung als flüssige Phase vorliegen, weil das deutliche Änderungen in dem Volumenbruchteil, die bei der Temperatur des Schmiedens im thixotropen Zustand flüssig ist, in Abhängigkeit von kleinen Änderungen der Temperatur des Schmiedens im thixotropen Zustand minimiert, für bessere Abmessungstoleranzen sorgt und die Lebensdauer des Gesenks verlängert. Vorzugsweise ist die Temperatur des Schmiedens

im thixotropen Zustand die eutectische Temperatur der Legierung.

Während des Vorgangs des Schmiedens im thixotropen Zustand ist es wünschenswert, die Gesenke durch irgendwelche geeigneten, nicht gezeichneten Mittel zu heizen. Das Heizen der Gesenke verhindert im wesentlichen irgendein "Einfrieren" vor dem Schmieden und hilft, die Warmrißbildung zu minimieren. Es ist ferner wünschenswert, die Gesenke vor jedem Schmiedevorgang zu schmieren. Das Schmieren kann auf irgendeine herkömmliche Weise unter Verwendung irgendeines herkömmlichen Schmiermittels geschehen.

Nach Beendigung des Schmiedevorgangs im thixotropen Zustand wird der Gegenstand 82 einer zusätzlichen Verarbeitung unterzogen, um seine mechanischen Eigenschaften, insbesondere seine Festigkeitseigenschaften, zu verbessern. Bei einer bevorzugten Art der Erzeugung des Endprodukts aus dem Gegenstand 82 wird der Gegenstand 82 einer Behandlung zur Ausscheidungshärtung der den Gegenstand 82 bildenden Metallegierung unterworfen.

Der im tixotropen Zustand geschmiedete Gegenstand 82 kann durch eine beliebige geeignete, nicht gezeichnete Einrichtung zu einem Ofen 90 überführt werden. Mehrere der im thixotropen Zustand geschmiedeten Gegenstände 82 können als Charge ausscheidungsgehärtet werden oder jeder im thixotropen Zustand geschmiedete Gegenstand kann einzeln ausscheidungsgehärtet werden. Wenn die Gegenstände 82 als gemeinsame Charge behandelt werden sollen, kann der Ofen 90 entweder elektrisch oder mit Öl oder mit Gas beheizt werden und kann irgendeine gewünschte Atmosphäre enthalten. Wenn nicht-explosive Atmosphären verwendet werden sollen, erlaubt ein elektrisch beheizter Ofen das Einführen der Atmosphäre unmittelbar in die Arbeitskammer. Wenn der Ofen 90 mit Gas oder Öl beheizt ist und eine Schutzatmosphäre hat, kann eine nicht gezeichnete Muffel vorgesehen sein, um die Atmosphäre einzuschließen und die

Gegenstände 82 von dem direkten Feuerbereich der Brenner zu schützen. Wenn eine explosive Atmosphäre verwendet wird, ist eine Betriebsmuffel erforderlich, die das Eindringen von Luft verhindert. Bei einer bevorzugten Ausführung der Gesamtvorrichtung 10 werden die Gegenstände einzeln behandelt.

Der Ofen 90 besitzt eine Heizkammer 92 ausreichender Länge, um eine vollständige Lösungsglühbehandlung sicherzustellen, sowie eine Abschreckkammer 94. Die Gegenstände werden vorzugsweise mittels eines endlosen Bandes 96 mit einer gewünschten Geschwindigkeit durch die Heizkammer 92 und die Abschreckkammer 94 gefördert. Der Ofen 90 hat abdichtende Abschlüsse 98 und 100, um die gewünschte Atmosphäre innerhalb der Kammern 92, 94 aufrechtzuerhalten.

Die Heizkammer 92 ist mit Gasbrennern 102 zur Wärmeerzeugung ausgerüstet. Statt der Gasbrenner 102 kann irgendeine geeignete Wärmequelle Verwendung finden. Falls gewünscht, kann die Heizkammer 92 in individuelle, temperaturgesteuerte Heizzonen aufgeteilt sein, so daß in der Eingangszone eine hohe Temperatur entwickelt werden kann, um das Erhitzen der Gegenstände 82 auf die gewünschte Temperatur zu erleichtern.

Wenn gewünscht, kann ein geschmolzenes, neutrales Salz zum Glühen, zum Spannungsabbau und zur Lösungsglühbehandlung der Gegenstände 82 Verwendung finden. Die Zusammensetzung der Salzmischung hängt von dem erforderlichen Temperaturbereich ab. Zu geeigneten Zusammensetzungen gehören Mischungen von Natriumchlorid und Kaliumchlorid, Mischungen von Bariumchlorid mit Chloriden von Natrium und Kalium, Mischungen von Calziumchlorid, Natriumchlorid und Bariumchlorid, Mischungen von Natriumchlorid-Carbonat, oder irgendwelche anderen geeigneten Mischungen.

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Die Abschreckkammer 94 kann entweder ein langer Tunnel sein, durch den eine kalte Schutzatmosphäre zirkuliert wird, oder kann eine Fluidabschreckzone sein, die mit einer Schutzatmoshäre versorgt ist. Wenn eine Fluidabschreckzone Verwendung findet, kann das Fluid Wasser, Öl, Luft usw. aufweisen. Die Abschreckkammer 94 ist mindestens mit einem Fluideinlaß 104 und mindestens mit einem Fluidauslaß 106 ausgestattet. Die Heizkammer 92 und die Abschreckkammer 94 können mit irgendeiner gewünschten Atmosphäre durch Leitungen versorgt werden.

Der Gegenstand 82 ist in der Heizkammer 92 für eine Zeitdauer und bei einer Temperatur gehalten, die ausreichen, die legierenden Bestandteile in Lösung zu bringen, die Zusammensetzung über den Gegenstand 82 auszugleichen und mindestens einen der Bestandteile als gelösten Stoff in feste Lösung zu bringen. Nach der Wärmebehandlung wird der Gegenstand 82 durch die Abschreckkammer 94 geführt, um den Gegenstand 82 mit genügend hoher Geschwindigkeit abzukühlen um den gelösten Stoff in übersättigter fester Lösung bzw. in übersättigtem Mischkristall zu halten und um eine frühe Ausscheidung zu verhindern.

Wenn der Gegenstand 82 aus der vorstehend erwähnten, aushärtbaren Kupferbasislegierung gebildet ist, wird der Gegenstand 82 auf eine Temperatur von mindestens 800° C für eine Zeitdauer von etwa 5 min bis 4 h erhitzt. In einer bevorzugten Ausführung wird der Gegenstand 82 auf eine Temperatur im Bereich von etwa 800 bis 1.000° für etwa 5 bis 30 min, vorzugsweise etwa 15 min, erhitzt. Nach dem Abschrecken wird der Gegenstand 82 einer Auslagerungsbehandlung unterworfen. Der Gegenstand 82 wird zu einem Ofen 210 überführt, um ihn auf eine Temperatur vorzugsweise unterhalb der Lösungsglühtemperatur für eine Zeitdauer aufzuheizen, die ausreicht, die Ausscheidung des gelösten Stoffs zu ermöglichen. Der Ofen 210 kann ein

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induktionsbeheizter Ofen, ein Ofen mit Zwangskonvektion oder irgendein anderer geeigneter Ofentyp sein. Der Ofen besitzt eine Wärmequelle 212 und eine Einrichtung 214 zum Fördern der Gegenstände 82 durch den Ofen 210. Die Fördereinrichtung 214 kann irgendwelche geeigneten Mittel aufweisen, wie ein endloses Band, Rollen usw. Der Ofen 210 kann irgendeine gewünschte Atmosphäre haben, solang diese mit der Metallegierung, aus der der Gegenstand 82 gebildet ist, verträglich ist.

Wenn der Gegenstand 82 aus der vorstehend erwähnten Kupferbasislegierung gebildet ist, wird der Gegenstand 82 vorzugsweise im Ofen auf eine Temperatur im Bereich von etwa 350 bis 700° C für eine Zeitdauer von mindestens etwa 30 min bis etwa 10h erhitzt. In einer bevorzugten Ausführung wird die Aushärtungsbehandlung bei einer Temperatur von etwa 400 bis 600° C, vorzugsweise bei etwa 500° C, für etwa 1 bis 3 h durchgeführt.

Wenn das aus der durch Ausscheidung härtbaren Kupferbasislegierung gebildete Teil 82 der vorstehend beschriebenen Ausscheidungshärtungsbehandlung unterworfen worden ist, hat es eine Zugfestigkeit von mindestens etwa 552 N/mm² und eine Streckgrenze von mindestens etwa 448 N/mm². Vorzugsweise hat das Teil 82 in seinem ausscheidungsgehärteten und thixotrop geschmiedeten Zustand eine Zugfestigkeit im Bereich von etwa 552 bis 827 N/mm² und eine Streckgrenze im Bereich von etwa 448 bis 758 N/mm².

Wenn es gewünscht ist, den Gegenstand 82 an seinen entgegengesetzten Enden mit unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften, z.B. unterschiedlicher Festigkeit, auszustatten, dann kann man ein Ende im (lösungs-) geglühten Zustand halten-, indem man es kalthält, während das andere Ende in einem Induktionsofen auslagerungsgehärtet wird.

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Statt der vorstehend beschriebenen Ausscheidurigshärtungsbehandlung kann der Gegenstand 82 einer Auslagerungsbehandlung ohne die Schritte der Lösungsglühbehandlung und des Abschreckens der Ausscheidungshärtungsbehandlung unterworfen werden. Die im thixotropen Zustand geschmiedeten Gegenstände 82 können einzeln zu einem Auslagerungsofen, wie dem Ofen 210 gemäß Fig. 8, mittels irgendeiner geeigneten, nicht gezeichneten Einrichtung überführt werden, sofort nachdem der Vorgang des Schmiedens im thixotropen Zustand beendet worden ist. Wie vorher kann der Ofen 210 ein induktionsbeheizter Ofen, ein Ofen mit Zwangskonvektion oder irgendein anderer geeigneter Ofentyp sein. Der Gegenstand 82 wird innerhalb des Ofens 210 auf eine Temperatur unterhalb der Lösungsglühtemperatur für eine Zeitdauer aufgeheizt, die ausreicht, die Härte der Metallegierung, aus der der Gegenstand 82 gebildet ist, zu steigern. Wenn die Metallegierung, aus der der Gegenstand 82 gebildet ist und die lediglich der Auslagerungsbehandlung unterworfen werden soll, die vorstehend erwähnte Kupfer-Nickel-Aluminium-Legierung ist, besteht die Legierungszusammensetzung vorzugsweise im wesentlichen aus etwa 8 bis 15 %, vorzugsweise etwa 10 %, Nickel, etwa 6 bis 9 %, vorzugsweise etwa 7 1/2 %, Aluminium und Rest Kupfer, wobei sich die genannten Prozentsätze auf Gewichtsprozent beziehen. Der Gegenstand 82 wird vorzugsweise auf eine Temperatur von etwa 350 bis 700° C, höchst vorzugsweise etwa 400 bis 600° C, für eine Zeitdauer von etwa 30 min bis 10h, höchst vorzugsweise etwa 1 bis 4 h erhitzt. Nach einer derartigen Auslagerungsbehandlung sollte der Gegenstand 82 Festigkeitseigenschaften haben, die den durch die Ausscheidungshärtungsbehandlung erreichten ähnlich sind. Zugfestigkeiten über 690 N/mm² können erreicht werden.

Nachdem der Gegenstand 82 auslagerungsgehärtet ist, kann er zusätzlichen Verarbeitungsschritten unterzogen werden, um

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eine Munitionshülse 216 zu erzeugen. 2u den zusätzlichen Bearbeitungsschritten können endgültige Größengebung_; Rundhämmern, Glühen des Mundes 218, Einsenken eines in der Nähe des Bodens befindlichen Halses 220 usw. gehören. Wenn eine Abnessungsgebung erforderlich ist, um dem oberen Mund 218 die ordnungsgemäßen Abmessungen zu geben, geschieht dies vorzugsweise unter Verwendung einer herkömmlichen, nicht gezeichneten Anordnung mit geschlossenem Gesenk. Die zusätzlichen Bearbeitungsschritte können durch irgendwelche herkömmlichen Einrichtungen in herkömmlicher Weise durchgeführt werden.

Wenn gewünscht, können einige der Hülsenbearbeitungsschritte vor irgendeiner der Auslagerungshärtungsbehandlungen durchgeführt werden. Z.B. kann der Hals 220 sofort nach dem Schmieden des Gegenstands 82 im thixotropen Zustand eingesenkt werden.

Andere Verarbeitungsschritte können zwischen den Vorgang des Schmiedens im thixotropen Zustand und die Auslagerungshärtungsbehandlung eingeschoben werden, wenn erforderlich. Z.B. können eine oder mehrere Ziehvorgänge durchgeführt werden, um die Wandungen des Gegenstands 82 dünner zu machen. Wenn gewünscht, kann der Gegenstand 82 vor der Auslagerungshärtungsbehandlung durch Verformung verfestigt werden.

Während die Erfindung anhand eines bestimmten Legierungssystems beschrieben worden ist, können irgendwelche geeigneten, auslagerungshärtbaren Metallegierungen, einschließlich anderen Kupferbasislegierungen, Verwendung finden solange die jeweilige Legierung ein Eutectikum enthält, das etwa 10 bis 30 % flüssige Phase bei der Temperatur des Schmiedens im thixotropen Zustand ergibt.

Die besonderen, eingesetzten Parameter können von Metallsystem zu Metallsystem variieren. Die geeigneten Parameter

für andere Legierungssysteme als die Kupferlegierung gemäß der bevorzugten Ausführungsform können durch Routineexperimente im Einklang mit den Prinzipien der Erfindung ermittelt werden.

Die Patente, Patentanmeldungen und Aufsätze, die im Anmeldungstext erwähnt sind, sollen durch Bezugnahme ausdrücklich zum Bestandteil der Offenbarung der Anmeldung gemacht werden

Leers ei te

Claims

S 23ο Μ2 (Dr.SchN/ba) Olin Corporation, East Alton, 111., V.St.A. Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Patronenhülsen aus einer im thixotropen Zustand geformten Kupferbasislegierung sowie so hergestelltes Erzeugnis Ansprüche

1.) Erzeugnis, gekennzeichnet durch einen länglichen, dünnwandigen Gegenstand (82) , der aus einer Kupferbasislegierung gebildet ist, wobei die Legierung in einem ausgehärteten und thixotrop geformten Zustand

2 mit einer Zugfestigkeit von mindestens etwa 552 N/mm und

2 einer Streckgrenze von mindestens etwa 448 N/mm vorliegt.

2. Erzeugnis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenstand eine Munitionshülse (216) mit einer gefäßförmigen bzw. napfförmigen, inneren Höhlung aufweist.

3. Erzeugnis nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung im wesentlichen aus etwa 3 bis 2o% Nickel, etwa 5 bis 1o% Aluminium und Rest Kupfer besteht.

4. Verfahren zur Herstellung eines länglichen, dünnwandigen Gegenstands hoher Festigkeit, dadurch gekennzeichnet , daß von einer aushärtbaren Kupferbasislegierung ein teilerstarrter Brei gebildet und/oder geformt wird;

daß der teilerstarrte Brei im thixotropen Zustand einer Formgebung unterworfen wird;

und daß der im thixotropen Zustand geformte Gegenstand ausgehärtet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,

daß die Kupferbasislegierung eine Breiguß-Kupferbasislegierung umfaßt.

6. · Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Bildungs- und/oder Formungsschritt ein Erhitzen des teilerstarrten Breis auf eine Temperatur, die ausreicht, etwa 1o bis 3o% der Kupferbasislegierung in flüssigen Aggregatzustand zu bringen, umfaßt;

und daß der Schritt, den teilerstarrten Brei im thixotropen Zustand einer Formgebung zu unterwerfen, das Heranziehen einer Einrichtung, die Preßmittel sowie eine Form, vorzugsweise ein Schmiedegesenk, aufweist,

ein Überführen des aufgeheizten, teilerstarrten Breis zu der genannten Form sowie eine Formgebung des teilerstarrten Breis zu dem länglichen, dünnwandigen Gegenstand mittels der Preßmittel aufweist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Aushärtungsschritt folgendes aufweist:

Erhitzen des Gegenstands für eine erste, gewünschte Zeitdauer bei einer ersten Temperatur, bei der mindestens einer der Bestandteile der Kupferbasislegierung als gelöster Stoff in fester Lösung aufgenommen ist;

33CTQ20-5

Abkühlen des Gegenstands mit ausreichend hoher Geschwindigkeit, um den gelösten Stoff in übersättigter fester Lösung zu halten; und

Auslagern des Gegenstands bei einer zweiten Temperatur unterhalb der ersten Temperatur für eine zweite, gewünschte Zeitdauer, um den mindestens einen Bestandteil aus der übersättigten festen Lösung auszuscheiden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Erhitzungsschritt das Erhitzen des Gegenstands für eine Zeitdauer von etwa 5 min bis 4 h bei einer Temperatur von mindestens etwa 8oo C aufweist.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslagerungsschritt ein Erhitzen des Gegenstands bei einer Temperatur von mindestens etwa 35o C für eine Zeitdauer von etwa 3o min bis Io h aufweist.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt, den teilerstarrten Brei im thixotropen Zustand einer Formgebung zu unterwerfen, die Formung einer Munitionshülse mit einer gefäßförmigen bzw. napfförmigen, inneren Höhlung aufweist.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 1o, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenstand zu seiner weiteren Verlängerung und zur weiteren Verringerung seiner Wandstärke gezogen wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß am Gegenstand ein Hals geformt wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt, den teilerstarrten Brei im thixotropen Zustand einer Formgebung zu unterwerfen, eine

Formgebung des Gegenstands der Art, daß er an einem Ende eine Öffnung besitzt, aufweist; und daß ein diese Öffnung umgebender Bereich des Gegenstands geglüht wird.

14. Vorrichtung zur Herstellung eines länglichen, dünnwandigen Gegenstands hoher Festigkeit, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (11, 44; 11') zur Bildung und/oder Formung eines teilerstarrten Breis (42) von einer aushärtbaren Kupferbasislegierung (12); eine Einrichtung (72) mit der der Kupferbasislegierungsbrei (42) zur Formung des Breis zu dem länglichen, dünnwandigen Gegenstand im thixotropen Zustand einer Formgebung unterwerfbar ist; und

eine Einrichtung (9o, 21o), mit der der Gegenband, der im thixotropen Zustand einer Formgebung unterworfen worden ist, aushärtbar ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (14, 16, 18; 132, 133, 134, 135, 136, 137), mit der eine aushärtbare Breiguß-Kupferbasislegierung der Bildungs- und/oder Formungseinrichtung (44; 111) zur Verfügung stellbar ist.