CH504538A - Verfahren zur Behandlung einer Nickel-Titan-Legierung - Google Patents

Description

  
 



  Verfahren zur Behandlung einer Nickel-Titan-Legierung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Nickel-Titan-Legierung mit einer 0,2-Streckgrenze von über 68 kp/mm2, einer Dehnung von mehr als 7   O/o,    einer Zugfestigkeit von über 109 kp/mm2, einem Verhältnis Zugfestigkeit/Dichte von über   1016.      103    cm und einer magnetischen Permeabilität von angenähert 1 aus einer   Nickel-Titan-Legierung    mit 53,5 bis 56,5   Gew.- /o    Nickel, einer 0,2-Streckgrenze von 20,4   kp/mm2,    einer Zugfestigkeit von 88,5 kp/mm2 und einer Dehnung von mindestens 22   o/o.   



   Die nahezu stöchiometrischen Nickel-Titan-Legierungen und ihre besonderen Eigenschaften sind in der USA-Patentschrift Nr.   3 174 851    eingehend beschrieben worden. Für zahlreiche Verwendungszwecke sollte jedoch die 0,2-Streckgrenze solcher Legierungen höher sein. Versuche, die Streckgrenze durch konventionelle Massnahmen, wie Wärmebehandlung, zu steigern, haben nur geringen Erfolg gehabt. Dies ist wahrscheinlich auf den Umstand zurückzuführen, dass die Legierung im wesentlichen aus einer einzigen Phase besteht.



   Das erfindungsgemässe Verfahren ist nun dadurch gekennzeichnet, dass man die Legierung bei einer Temperatur unterhalb derjenigen, bei der das Gefüge eine martensitische Umwandlung erfährt, plastisch verformt.



  Der Begriff  Festigkeit  bezieht sich beim Mindestverhältnis auf die Streckgrenze, beim Maximalverhältnis auf die Zugfestigkeit.



   Die martensitische Umwandlung eines Legierungsgefüges ist bekanntlich temperaturabhängig und tritt erst bei oder unterhalb der kritischen Temperatur ein.



   Sie ist eine Funktion der   Legierungszusammenset      zung    und kann leicht aus einer Dämpfungsübergangskurve bestimmt werden. In Tabelle I sind die ungefähren kritischen Temperatureneiniger typischer TiNi-Legierungen festgehalten.



   Tabelle I Legierungszusammensetzung Kritische Temperaturen  (Gewichtsprozent Nickel)   ( C)   
53,5 98
54,0 140
54,5 170
55,0 140
55,5 30
56,0 - 25
56,5 - 50
Auch die Behandlungsdauer zur Steigerung der Zugfestigkeit ist temperaturabhängig. Je grösser der Temperaturgradient zwischen der Verformungstemperatur und der kritischen Temperatur ist, um so höher wird die Festigkeit. Für die meisten Zwecke wird die Verformungstemperatur vorzugsweise wenigstens 20 bis   30O    unter der kritischen Temperatur gehalten.



   Um sicherzustellen, dass der gewünschte geringste Temperaturgradient erhalten wird, muss auch der Temperaturanstieg, der gewöhnlich von der Reibung stammt, mit in Rechnung gestellt werden. Solange allerdings die Verformungstemperatur unter der kritischen Temperatur gehalten wird, können die durch Reibung bewirkten Temperaturänderungen den Vorgang nicht beachtlich beeinflussen.



   Die Legierungen können also beispielsweise im Gesenk geschmiedet, grobgewalzt, gezogen, stranggepresst, freiformgeschmiedet, gestreckt, feingewalzt, durch Sprengverformung oder in anderer Weise plastisch verformt werden.



   Der erforderliche Verformungsgrad hängt von der gewünschten Festigkeit und Härte ab, wobei eine stärkere Verformung eine grössere Festigkeit ergibt. Der Verformbarkeit einer Legierung ist allerdings eine obere Grenze gesetzt, bei deren Überschreiten Einrisse und   örtliche Ausbrüche auftreten können. Als Faustregel kann gelten, dass die Verformung nur bis zu einer Kontraktion von 20 oder 25   o/o    bei Rundmaterial oder einer Dickenverminderung von 20 bis 25   o/o    bei Flachmaterial durchgeführt werden sollte, da übermässiges Verformen zu einem beachtlichen Duktilitätsverlust ohne entsprechenden Festigkeitsgewinn führt.



   Durch die Erfindung wird eine TiNi-Legierung mit hoher Festigkeit, grosser Härte, hoher Schlagfestigkeit (Zähigkeit), hoher Dehnung (Duktilität), grosser Korrosionsfestigkeit, niederer Dichte und stabiler Unmagnetisierbarkeit erhalten. Eine derart behandelte Legierung weist vorzugsweise eine 0,2-Streckgrenze zwischen 72 und 136 kp/mm2, eine Dehnung von mehr als 7 bis 20   O/o,    eine Zugfestigkeit zwischen 123 und 177 kp/mm2 und ein Verhältnis der Festigkeit/Dichte von 1320 bis 2032. 103 cm auf.



   Beispiel 1
Ein TiNi-Blech (55,1   Gew.-o/0    Nickel, Rest Titan) von 122X30,5X3,3 mm wurde bei 800   "C    im Vakuum geglüht und zum Ausschliessen der Einflüsse des vorangegangenen Verformens ofengekühlt. Dann wurde das Blech 20 Minuten lang in flüssigen Stickstoff getaucht, um die Legierung unter ihre kritische Temperatur abzukühlen und um die Legierung während des Walzens unterhalb der kritischen Temperatur zu halten. Anschliessend wurde das Blech gewalzt, wobei sich in Abhängigkeit der Dickenverminderung die in der folgenden Tabelle II festgehaltenen Festigkeitswerte ergaben.



   Tabelle II
Dickenver minderung 0,2-Streckgrenze Zugfestigkeit Dehnung  (in   O/o)    (kp/mm2) (kp/mm2) (in   O/o)       o (geglüht)    20,4 88,5 22
10 75,0 111 25
15 88,5 130 19
Neben einer erhöhten Zugfestigkeit und Duktilität wies die Legierung eine magnetische Permeabilität von angenähert 1 sowie hohe Korrosionsfestigkeit und Schlagzähigkeit auf.



   Beispiel 2
Ein   TiNi-Rddraht    von 1,5 mm Durchmesser (55,1   Gew.- /o    Nickel) wurde geglüht, wie in Beispiel 1 gekühlt und dann durch konische Ziehsteine gezogen, wobei sich die in Tabelle III zusammengestellten Werte ergaben.



   Tabelle III
Querschnittsverminderung 0,2-Streckgrenze Zugfestigkeit Dehnung    (in 0/o)    (kp/mm2) (kp/mm2) (in   O/o)   
0 (geglüht) 20,4 88,5 über 40
13 79,5 131,0 20
20 100,0 165,0 15
35 135,5 177,5 7,5
Die Legierung wies erhöhte Schlagzähigkeit und Korrosionsfestigkeit sowie eine magnetische Permeabilität von angenähert 1 auf.

 

   Das hohe Verhältnis von Festigkeit/Dichte macht die erfindungsgemäss behandelte Legierung insbesondere dort verwendbar, wo hochfeste Werkstoffe geringen Gewichtes benötigt werden, beispielsweise im Raketenbau und in der Raumfahrt. Dank der hohen Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit eignet sich die Legierung auch als geräuscharmer Werkstoff für den Schiffsbau, trotzdem etwas von der Schwingungsdämpfungsfähigkeit für die erhöhte Festigkeit geopfert wurde. Die Legierung kann auch als Panzermaterial gegen Beschuss dienen.



   Im Gegensatz zum konventionellen Härtungsprozess wird beim erfindungsgemässen Verfahren die Duktilität und Zähigkeit nicht nennenswert beeinflusst, und im Gegensatz zum   Austenit/Martensit-Obergang    beim Stahl werden die unmagnetischen Eigenschaften der Legierung gleichfalls nicht beeinflusst. 

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH

   Verfahren zur Herstellung einer Nickel-Titan-Legierung mit einer 0,2-Streckgrenze von über 68 kp/mm2, einer Dehnung von mehr als 7 O/o, einer Zugfestigkeit von über 109 kp/mm2, einem Verhältnis Zugfestigkeit/ Dichte von über 1016 . 103 cm und einer magnetischen Permeabilität von angenähert 1 aus einer Nickel-Titan Legierung mit 53,5 bis 56,5 Gew.- /o Nickel, einer 0,2 Streckgrenze von 20,4 kp/mm2, einer Zugfestigkeit von 88,5 kp/mm2 und einer Dehnung von mindestens 22 O/o, dadurch gekennzeichnet, dass man letztere Legierung bei einer Temperatur unterhalb derjenigen, bei der das Gefüge eine martensitische Umwandlung erfährt, plastisch verformt.

   UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die behandelte Legierung eine 0,2-Streckgrenze zwischen 72 und 136 kp/mm2, eine Dehnung von mehr als 7 bis 20 0/0, eine Zugfestigkeit zwischen 123 und 177 kp/mm2 und ein Verhältnis der Zugfestigkeit/ Dichte von 1320 bis 2032 X lOa cm aufweist.

   2. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass man die Legierung bei einer um mindestens 20 bis 30 tieferen Temperatur als der Umwandlungstemperatur verformt.

   3. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass man die Legierung durch Walzen oder Ziehen verformt.