专利摘要:
Eswird ein Verfahren zur Herstellung von Profilen (16) aus Magnesiumwerkstoff(150) vorgeschlagen. Dabei wird ein das Profil (16) bildendes Werkstoffvolumen(15) aus Magnesiumwerkstoff (150) im wesentlichen vollständig miteiner Schicht (152) aus Aluminiumwerkstoff (151) umhüllt. DieUmhüllungkann durch erzeugt werden, daß dasVolumen aus Aluminiumwerkstoff (151) und aus Magnesiumwerkstoff(150) zur Ausbildung des Profils (16) gemeinsam durch eine Matrize(14), die die Form des gewünschtenProfils (16) bestimmt, gepreßtwird.
公开号:DE102004029588A1
申请号:DE200410029588
申请日:2004-06-18
公开日:2006-01-12
发明作者:Jan Dr. Bohlen;Karl Ulrich Prof. Dr. Kainer;Dietmar Dr. Letzig;Jacek Swiostek
申请人:GKSS Forshungszentrum Geesthacht GmbH;
IPC主号:B21C23-22
专利说明:
[0001] DieErfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Profilen ausMagnesiumwerkstoffen.
[0002] Esist bekannt, daß Magnesiumwerkstoffe aufgrundihres geringen spezifischen Gewichtes bei gleichzeitig verhältnismäßig hoherspezifischer Festigkeit an sich ideale Werkstoffe in Bereichen,beispielsweise im Lichtbereich, sind, in denen es auf diese beidenvorgen. Eigenschaften im wesentlichen ankommt. So ist auch schonin eingeschränkterForm Magnesium im Flugzeugbau und im Fahrzeugbau im Einsatz. Einwesentlicher Mangel von Magnesiumlegierungen, der einer noch intensiverenAnwendung in diesen technischen Bereichen entgegensteht, ist der,daß Magnesiumwerkstoffeunzureichende Korrosionseigenschaften haben, insbesondere auch im Bereichvon Knetlegierungen. Auch die unzureichenden Fügeeigenschaften stehen einemweiteren Einsatz u.a. auch in den vor gen. Bereichen wie dem Flugzeugbauund dem Fahrzeugbau entgegen.
[0003] Daaber Magnesiumwerkstoffe nach wie vor begehrte Werkstoffe sind,sind bis zum heutigen Tage sehr viele unterschiedliche Wege erforschtund beschritten wurden, um Lösungsmöglichkeitenzu suchen, die die unzureichenden Korrosionseigenschaften bei Magnesiumwerkstoffen überwinden.So wurden bspw. mit herkömmlichenTechnologien Beschichtungen auf den Magnesiumwerkstoff aufgebrachtund es wurde versucht, bspw. durch Eingießen von Magnesium in eine Aluminiumhülle, d.h.mittels gießtechnischerVerfahren, endfertige Werkstückeund Halbzeuge herzustellen. Darüberhinaus wurden speziell fürdie Anwendung auf Magnesiumwerkstoffen entsprechende Fügeverfahrenentwickelt.
[0004] Allebisherigen Verfahren zeichneten sich bis jetzt durch eine sehr aufwendigeVerfahrensgestaltung aus und die Verfahren lieferten dennoch unzureichendeErgebnisse im Hinblick auf die angestrebten Eigenschaften im Hinblickauf eine gute Korrosionsbeständigkeitund eine gute Fügbarkeitdes Magnesiumwerkstoffs. Darüberhinaus sind die bekannten Verfahrensansätze zur Erhöhung der Korrosionsbeständigkeitund der besseren Fügbarkeitvon Magnesiumwerkstoffen insgesamt sehr aufwendig, so daß sie über denVersuchsmaßstabbisher nicht wesentlichen hinausgekommen sind und keinen Einlaß in dieangestrebte industrielle Fertigung bekommen haben.
[0005] Esist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen,mit dem Magnesiumwerkstoffe auf einfache Weise sehr korrosionsbeständig ausgestaltetwerden können,die auf einfache Weise bezüglichihrer Fügeeigenschaftenverbessert werden können,und ein Ver fahren bereitzustellen, das einfach und im industriellenMaßstab kostengünstig durchgeführt werdenkann und Produkte liefern kann, die am Ende des Verfahrens endfertigbereitgestellt werden können,wobei das Verfahren kostengünstigdurchgeführtwerden kann und somit kein Hindernis mehr darstellt im Hinblickauf einen industriellen Einsatz, der mittels des Verfahrens hergestellterProdukte.
[0006] Gelöst wirddie Aufgabe gem. der Erfindung dadurch, daß ein Profilvolumen aus Magnesiumwerkstoffim wesentlichen vollständigmit einer Schicht aus Aluminiumwerkstoff umhüllt ist.
[0007] Erfindungsgemäß wird somitein Hybridwerkstoff geschaffen, der außen mit einem sehr korrosionsbeständigen Werkstoffumhülltist, in seinem Inneren aber den eine hohe Festigkeit und ein geringes spezifischesGewicht aufweisenden Magnesiumwerkstoff aufweist.
[0008] DieUmhüllungdes Magnesiumwerkstoffs durch den Aluminiumwerkstoff schafft imoberflächennahenBereich ihrer beiden Berührungsflächen eineKaltlegierungsphase, die füreinen hochfesten Verbund der beiden Werkstoffe Aluminium und Magnesiumsorgt. Auch bei nachfolgenden Kalt- oder Warmverformungsvorgängen deserfindungsgemäß hergestelltenVerbundwerkstoffs ist die Verbindung zwischen dem Aluminium unddem Magnesium derart fest und beständig, daß kein, nicht einmal ein minimalesLösen derbeiden Werkstoffe voneinander auftritt.
[0009] Essei darauf hingewiesen, daß dann,wenn vorangehend von Magnesiumwerkstoff die Rede war, damit auchalle einschlägigenMagnesiumlegierungswerkstoffe gemeint sind und wenn von Aluminiumwerkstoffdie Rede war, damit auch alle einschlägigen Aluminiumlegierungswerkstoffeumfaßtsind. Dieses gilt auch fürdie nachfolgenden Ausführungen,in denen der Einfachheit wegen lediglich von Magnesiumwerkstoffenund Aluminiumwerkstoffen die Rede ist.
[0010] DerVorteil des erfindungsgemäßen Verfahrensliegt im wesentlichen darin, daß zumeinen schon eine hochfeste Verbindung zwischen dem Magnesiumwerkstoffund dem Aluminiumwerkstoff geschaffen wird und andererseits derAluminiumwerkstoff die korrosionserhöhende Komponente des Gesamtwerkstoffsist, währendder Magnesiumwerkstoff die festigkeitsgewährende Komponente bei gleichzeitiggeringem spezifischen Gewicht des Gesamtverbundwerkstoffs ist.
[0011] Aufgrundder äußeren Beschichtungdes Magnesiumwerkstoffs mit Aluminium werden dem Gesamtwerkstoffin bezug auf die mechanische Bearbeitbarkeit und Fügbarkeitdie vorteilhaften Eigenschaften des Aluminiums für diese Zwecke verliehen.
[0012] Vorteilhafterweisewird das Verfahren derart weitergebildet, indem ein Volumen ausMagnesiumwerkstoff und ein Volumen aus Aluminiumwerkstoff zur Ausbildungdes Profiles gemeinsam durch eine Matrize, die die Form des gewünschtenProfiles bestimmt, gepreßtwird. Gem. dieser vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens erfolgteine Ko-Extrusion des erfindungsgemäß herzustellenden Profilesaus Magnesium und Aluminium. Es wird also mittels eines Preßverfahrenseine Aluminiumschicht auf das Magnesium aufgebracht, wobei durchden Preßprozeß das Aluminiummit dem Magnesiumkern fest verbunden ist. Die Ausbildung dieserfesten Verbindung bei einer derartigen Verfahrensführung erfolgtaufgrund des Druckes, mit dem die beiden Volumina gemeinsam undgleichzeitig durch die Matrize gepreßt werden.
[0013] Grundsätzlich sindzur Ausführungdes erfindungsgemäßen Verfahrensalle konventionellen, im Stand der Technik bekannten Preß- bzw.Strangpreßverfahrengeeignet, wie sie bspw. fürdie Herstellung von Aluminiumprofilen im Stand der Technik verwendetwerden.
[0014] Besondersvorteilhaft ist es jedoch, das Pressen mittels eines hydrostatischenPreßverfahrens durchzuführen. Beidiesem Preßverfahrenwird der Druck auf das Volumen aus Magnesiumwerkstoff und das Volumenaus Aluminiumwerkstoff, das sich in einem Hohlraum eines Rezipienteneiner Preßvorrichtungbefindet, nicht direkt auf das Volumen aus Aluminiumwerkstoff undMagnesiumwerkstoff aufgebracht, sondern erfolgt über ein flüssiges Druckmedium und somitein Druck von "allenSeiten gleichermaßenauf das Volumen aus Magnesiumwerkstoff und Aluminiumwerkstoff zumDurchpressen durch die Matrize der Preßvorrichturig wirkt.
[0015] Gem.einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird vorAusführungdes Preßvorgangesein blockartiges Werkstoffelement hergestellt, wobei der Kern desWerkstoffelementes aus Magnesiumwerkstoff besteht, die Kernhülle ausAluminiumwerkstoff, und wobei das Werkstoffelement nachfolgend ineine Preßvorrichtungeingebracht und anschließenddurch die Matrize gepreßtwird. Dabei wird die Dicke der Aluminiumhülle des Werkstoffelements unddie Menge des Magnesiumwerkstoffs im Werkstoffelement in Abhängigkeitdes beim fertigen Preß- bzw. Strangpreßprozeß erzeugtenProfiles festgelegt, d.h. die Dicke der Hülle aus Aluminium des fertigenGesamtprofils kann schon im Wege der Herstellung des zu pressendenWerkstoffelementes und in Abhängigkeitder sonstigen Preßparameterin der Preßvorrichtungfestgelegt werden. Eine nachträglicheBearbeitung, jedenfalls im Hinblick auf die Dicke der Umhüllung ausAluminium des fertigen Profils ist normalerweise nicht erforderlich.
[0016] Wievorangehend schon angedeutet, sind auch neben der geeigneten Dimensionierungdes Werkstoffelements weitere Parameter bei der Ausführung desPreßvorgangeszu beachten, nämlich derDruck, die Temperatur und auch die Dimensionierung des Hohlraumsim Rezipienten der Preßvorrichtung,in der das Werkstoffelement zur Ausführung des Preßvorgangeseingebracht wird. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, dabei dieTemperatur des Volumens des Magnesiumwerkstoffs und des Aluminiumwerkstoffs,vereinigt im Werkstoffelement, beim Ausführen des Preßvorgangesim Bereich von 300° Czu halten. Es sei aber darauf hingewiesen, daß in Abhängigkeit des gewählten Magnesiumwerkstoffsund in Abhängigkeitdes gewähltenAluminiumwerkstoffs einschl. seiner jeweils gewählten Legierungen und/oderauch in Abhängigkeitder Form des Werkstoffelementes als solchem und in Abhängigkeitder Dicke der äußeren Aluminiumschichtund der Menge des im Werkstoffelement eingeschlossenen Magnesiumwerkstoffssowie der Druckverhältnissebei der Ausführungdes Preßvorgangesauch andere geeignete Temperaturen eingestellt werden können, bspw. imBereich von 250° Cbis 350° C,um bei der Ausführungdes Preßvorgangesdie jeweils geeignetste Temperatur zur Schaffung hochpräziser Profilezu gewährleisten.Der voranstehend beispielhaft angegebene Temperaturbereich sollkeine Einschränkung dererfindungsgemäßen Verfahrensführung darauf bedeuten.Vielmehr ist es erfindungsgemäß auch möglich, diesebei unterhalb von 250° Cliegenden Temperaturen und auch bis höheren Temperaturen als 350° C zu betreibenbzw. zu pressen.
[0017] Grundsätzlich können allebeliebigen geeigneten Preß- bzw. strangpreßgeeignetenProfilformen gem. dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden,d.h. im Querschnitt an sich beliebige geeignete Profile, vom einfachenstangenförmigenRundprofil bis zu komplexen Profilformen, die dann schon endfertigeProdukte bilden können,d.h. keiner Nachbehandlung mehr bedürfen.
[0018] DieseProfile könnenvorzugsweise aber auch Halbzeuge sein, die im Nachherein noch beliebigengeeigneten Füge- bzw. Verformungsverfahren unterworfenwerden können.Aufgrund der festen Verbindung durch den Preßvorgang zwischen der Hülle ausAluminium und dem Kern aus Magnesium im Profil behalten beide Werkstoffeihre feste Verbindung auch beim anschließenden Verformen des Profilsuneingeschränktbei.
[0019] DieErfindung wird nun unter Bezugnahme auf die nachfolgenden schematischenZeichnungen unter Hinweis auf diese im einzelnen beschrieben. Darinzeigen:
[0020] 1 beispielhaftden schematischen Aufbau einer Preßeinrichtung, mit der ein hydrostatischesStrangpreßverfahrenausführbarist, wie es bevorzugt beim erfindungsgemäßen Verfahren verwendet wird,
[0021] 2 ineinem schematischen Schnitt ein aus einem Kern aus Magnesiumwerkstoffbestehendes Werkstoffelement, das außen wenigstens teilweise miteinem Aluminiumwerkstoff umhülltist, wie es in einem Rezipienten einer Preßeinrichtung gem. 1 inden dortigen Hohlraum zur Ausführungdes Preßvorgangeseinsetzbar ist, in gegenüberder Darstellung von 1 sehr vergrößertem Maßstab,
[0022] 3 einstangenförmigesRundprofil, das mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestelltist, in der Seitenansicht im Ausschnitt und in der Draufsicht aufein Ende des Profils,
[0023] 4 eineDarstellung einer Schliffprobe des Endes des stangenförmigen Rundprofils,
[0024] 5 eineDarstellung einer Schliffprobe des Endes eines anderen strangförmigen Rundprofils,
[0025] 6 invergrößerter Darstellungeinen Ausschnitt aus der Darstellung der Schliffprobe gem. 5,den Verbindungsbereich zwischen äußerem Aluminiumwerkstoffund innerem Magnesiumwerkstoff zeigend, und
[0026] 7 einengegenüberder Darstellung von 6 nochmals vergrößerten Ausschnitt,die Schichtgrenze zwischen Magnesiumwerkstoff und Aluminiumwerkstoffzeigend.
[0027] Bevorauf das eigentliche Verfahren zur Herstellung von Profilen aus Magnesiumwerkstoffim einzelnen eingegangen wird, wird zunächst auf die 1 Bezuggenommen, in der eine Preß-bzw. Strangpreßvorrichtung 10 schematischdargestellt ist, mit der das Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Profileausgeführtwerden kann. Eine Preßvorrichtung 10,mit der das erfindungsgemäße Verfahrenausgeführtwerden kann, ist der Fachwelt grundsätzlich bekannt, so daß an dieser Stellelediglich zum erleichterten Verständnis der Erfindung die Preßvorrichtung 10 hiernoch einmal kurz skizziert wird.
[0028] Diein 1 dargestellte Preßvorrichtung 10 umfaßt einenRezipienten 12, in dem ein Werkstoffvolumen bzw. ein Profilvolumenaus Magnesiumwerkstoff 150 und Aluminiumwerkstoff 151,das zusammen ein Werkstoffelement 21 bildet, vgl. auch 2,eingebracht wird. Den Rezipienten 12 abschließend, inder 1 rechts dargestellt, ist eine Matrize vorgesehen,die entsprechend dem zu erhalten gewünschten Querschnitt des Profiles 16 geformt ist.Der Matrize 14 im wesentlichen gegenüber, in 1 linksdargestellt, ist eine Preßscheibein Form einer Dichtung 17 vorgesehen. Die Dichtung 17 sorgt dafür, daß das imRezipienten 12 angeordnete Werkstoffvolumen bzw. Profilvolumen 15,auf das über eineDruckflüssigkeit 18,die das Werkstoffvolumen 15 im Rezipienten 12 umgibt,ausgeübtwird, nicht aus der Preßvorrichtung 10 austretenkann. Zudem ist auch die Matrize 14 gegenüber demRezipienten 12 mit einer Dichtung 20 versehen.Wenn nun ein Stempel 11 in den Rezipienten 12 hineinbewegtwird, baut sich im Rezipienten 12 über die Druckflüssigkeit 18 einallseits auf das Werkstoffvolumen 15 auswirkender Druckauf. Der Druck baut sich somit von allen Seiten gleichermaßen aufdas Werkstoffelement 21 auf, das infolgedessen als Strangbzw. Profi 16 durch die Matrize 14 infolge desdurch den Stempel 11 ausgeübten Druckes die Preßvorrichtung 10 verläßt.
[0029] Mittelsder Preßvorrichtung 10 kannein sog. "hypostatisches" Preß- bzw.Strangpreßverfahren ausgeführt werden.
[0030] In 2 istim Längsschnittein Werkstoffelement 21 in sehr viel vergrößerter Darstellunggegenüberder Dar stellung von 1 dargestellt, das in den Hohlraumdes Rezipienten 12 der Preßvorrichtung 10 gem. 1,wie dargestellt, eingesetzt ist. Das Werkstoffelement 21 kannum eine L-ängsachse 212 rotationssymmetrischentsprechend der Ausbildung des Hohlraums im Rezipienten 12 ausgebildet sein,es sei aber darauf hingewiesen, daß weder das Werkstoffelement 21 nochder Hohlraum des Rezipienten 12 rotationssymmetrisch ausgebildetsein müssen.Das Werkstoffelement 21, das blockartig ausgebildet ist,besteht aus einem Kern aus Magnesiumwerkstoff 150 und auseiner Kernhülle 211 aus Aluminiumwerkstoff 151.
[0031] Fertigungstechnischkann ein derartiges Werkstoffelement 21 derart hergestelltwerden, daß bspw.mittels spanabhebender Bearbeitung ein Kern 210 aus Magnesiumwerkstoff 150 unddie entsprechende Kernhülle 211 ausAluminiumwerkstoff hergestellt wird. Der Kern 211 wirdin ein entsprechendes, in der Kernhülle 211 ausgebildetesLoch eingelassen. Kernhülle 211 undKern 210 bilden eine Passung, ggf. eine Preßpassung.Sowohl die Kernhülle 211 alsauch der Kern 210 könnenam zur Matrize 14 der Preßvorrichtung 10 gerichtetenEnde, in den Darstellungen von 1 und 2 rechts,wenigstens teilweise konisch ausgebildet sein, wodurch der nachfolgendePreßvorgangerleichtert wird.
[0032] Beieinem durchgeführtenVersuch des erfindungsgemäßen Verfahrenswar der Werkstoffblock 21, der bspw. einen Außendurchmesservon 80 mm, einen Innendurchmesser von 60 mm und eine Gesamtlänge von310 mm aufgewiesen hatte, zur Ausführung des Preßvorgangesauf 300° Cerwärmtworden, d.h. in der Preßvorrichtung 10,und bspw. in ein strangförmigesProfil 16, vgl. die 3 bis 7,mit einem Außendurchmesservon 25 mm gepreßtworden. Dieses hatte einem Preßverhältnis vonca. 1 : 10 entsprochen.
[0033] DerAluminiumwerkstoff 151 hatte dabei einer Aluminiumlegierungmit der Bezeichnung AA 6.280 entsprochen, die als schweißbare undeloxierbare Aluminiumlegierung bekannt ist. Die sich nach dem Preßvorgangergebende Dicke der Schicht bzw. Hülle 152 aus Aluminiumwerkstoff 151 hattedabei 3,25 mm betragen. Der Kern des Profiles 10 hatte auseiner schlecht schweißbaren,jedoch hochfesten Magnesiumlegierung mit der Bezeichnung ZK 30 bestanden.
[0034] Insbesondereaus 4 und 5 und in größerem Detail aus 6 und 7,ist der Grenzbereich zwischen der äußeren Hülle 211 aus Aluminiumwerkstoff 151 unddem Kern 210 aus Magnesiumwerkstoff 150 ersichtlich.Durch den Preßvorgangin der Preßvorrichtung 10 wirdim Grenzbereich zwischen Kern 210 und Kernhülle 211 desWerkstoffelements 21 eine intermetallische Phase beiderWerkstoffe (Aluminiumwerkstoff, Magnesiumwerkstoff) gebildet. DieseVerbindung ist somit hochfest und bleibt auch im Zuge einer weiterenmechanischen Bearbeitung eines erfindungsgemäß hergestellten Profiles 16 erhalten.
10 Preßvorrichtung 11 Stempel 12 Rezipient 13 Preßscheibe 14 Matrize 15 Werkstoffvolumen/Profilvolumen 150 Magnesiumwerkstoff 151 Aluminiumwerkstoff 16 Profil/Strang 17 Dichtung 18 Druckflüssigkeit 19 Verschlußstück 20 Dichtung 21 Werkstoffelement 210 Kern 211 Kernhülle/Schicht 212 Längsachse
权利要求:
Claims (9)
[1] Verfahren zur Herstellung von Profilen aus Magnesiumwerkstoffen, dadurchgekennzeichnet, daß einProfilvolumen (15) aus Magnesiumwerkstoff (150)im wesentlichen vollständigmit einer Schicht (152) aus Aluminiumwerkstoff (151)umhülltist.
[2] Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß einVolumen aus Magnesiumwerkstoff (150) und ein Volumen ausAluminiumwerkstoff (151) zur Ausbildung des Profiles (16)gemeinsam durch eine Matrize (14), die die Form des gewünschten Profiles(16) bestimmt, gepreßtwird.
[3] Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,daß dasPressen mittels eines hydrostatischen Preßverfahrens bewirkt wird.
[4] Verfahren nach einem oder beiden der Ansprüche 2 oder3, dadurch gekennzeichnet, daß vorAusführungdes Preßvorgangesein blockartiges Werkstoffelement (21) hergestellt wird,wobei der Kern (210) des Werkstoffelementes (21)aus Magnesiumwerkstoff (152) besteht und die Kernhülle (211)aus Aluminiumwerkstoff (151), und wobei das Werkstoffelement(21) nachfolgend in eine Preßvorrichtung (10)hineingebracht und anschließenddurch die Matrize (14) gepreßt wird.
[5] Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis4, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturdes Volumens (15) aus Magnesiumwerkstoff (150)und aus Aluminiumwerkstoff (151) beim Ausführen desPreßvorgangesim Bereich von 300° Cgehalten wird.
[6] Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis4, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturdes Volumens (15) aus Magnesiumwerkstoff (150)und aus Aluminiumwerkstoff (151) beim Ausführen desPreßvorgangesim Bereich von unter 250° Cgehalten wird.
[7] Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis4, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturdes Volumens (15) aus Magnesiumwerkstoff (150)und aus Aluminiumwerkstoff (151) beim Ausführen desPreßvorgangesim Bereich von über 350° C gehaltenwird.
[8] Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis7, dadurch gekennzeichnet, daß das Profil(16) ein stangenförmigesRundprofil ist.
[9] Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis8, dadurch gekennzeichnet, daß das Profil(16) ein Zwischenerzeugnis oder ein Halbzeug ist.
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同族专利:
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引用文献:
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法律状态:
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