DE1247668B - Verfahren zur Herstellung dispersions- und ausscheidungsgehaerteter metallischer Werkstoffe - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

C22c

Deutsche Kl.: 40 b-1/02

Nummer: 1247 668

Aktenzeichen: D 47384 VI a/40 b

Anmeldetag: 28. Mai 1965

Auslegetag: 17. August 1967

Es ist bekannt, durch in der Schmelze gebildete Reaktionsprodukte, ζ. B. nach dem sogenannten Schmelzsättigungsverfahren durch eine flüssig-flüssig-Reaktion beim Mischen von zwei Schmelzen, die je ein Element einer zu bildenden Verbindung enthalten, eine Dispersionshärtung einer metallischen Grundmasse zu erzielen, doch hat sich gezeigt, daß man infolge der auftretenden Wännetönungen nach diesem Verfahren oft nur zu relativ grobkörnigen Dispersionen kommt.

Demgegenüber soll nach dem Verfahren gemäß der Erfindung von einer homogenen metallischen Schmelze ausgegangen werden, aus der sich nacheinander beim Abkühlen mehrere verschiedene feste Phasen ausscheiden können, von denen die sich zuletzt ausscheidende eine Mischkristallphase ist, die normalerweise die zuvor primär und eventuell auch sekundär ausfallende Qi) Phase Qi) umschließt.

Es ist nun erfindungsgemäß vorgesehen, eine solche Schmelze, in der zunächst alle diese Teilchen gelöst sind, mit möglichst hoher Geschwindigkeit um möglichst feine Primär- bzw. Sekundärausscheidungen von unter 1 μ, vorzugsweise unter 0,2 μ, Korngröße zu erhalten, zumindest so weit abzukühlen, bis auch die sich zuletzt ausscheidende Mischkristallphase gerade erstarrt ist, und die Schmelze zu diesem Zweck durch aus der Pulverherstellung an sich bekannte Verfahren wie Durchlaufenlassen oder Durchpressen durch Düsenanordnungen weitgehend zu unterteilen, im Anschluß an diese Unterteilungs-Abschreck-Unterkühlungs-Behandlung die Teilchen wieder zu einer kompakten Masse zu vereinigen, z. B. durch Strangpressen, Warm- oder Kaltwalzen, und schließlich die bereits durch Dispersion gehärtete Grundmasse noch weiter nach dem Verfahren der Ausscheidungshärtung durch Anlassen nach oder ohne vorheriges Lösungsglühen unterhalb der SoIidustemperatur zu verfestigen.

Wird ein wie beschrieben aufgebauter Werkstoff in dieser Weise behandelt, so erfährt er nacheinander eine Dispersionshärtung durch Ausscheidung von extrem feinen Teilchen im schmelzflüssigen Zustand und eine Ausscheidungshärtung (Aushärtung) durch Ausscheidung von feinen Teilchen im festen Zustand bzw. es laufen die bekannten die Ausscheidung vorbereitenden Vorgänge ab. Es kann sich bei der Dispersions- und bei der Ausscheidungshärtung um Ausscheidungen von Teilchen der gleichen Phase Qi) gleicher oder verschiedener Zusammensetzung oder um Teilchen verschiedener Phasen handeln. Es ist auch durchaus eine Keimwirkung der dispergierten Verfahren zur Herstellung dispersions- und
ausscheidungsgehärteter metallischer
Werkstoffe

Anmelder:

Deutsche Gold- und Silber-Scheideanstalt

vormals Roessler,

Frankfurt/M., Weißfrauenstr. 9

Als Erfinder benannt:

Dr. phil. Walter Dannöhl, Kelkheim (Taunus)

Phase für den nachfolgenden Aushärtungsvorgang im festen Zustand möglich.

Bei der Durchführung des Verfahrens hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, die Schmelze unter Ausnutzung einer Druckdifferenz durch eine vorzugsweise vorgeheizte keramische Düsenanordnung zu pressen, sie dabei zu unterteilen und sie durch ein unmittelbar unterhalb der Düsen angebrachtes Kühlsystem unter Verwendung eines flüssigen oder gasförmigen Kühlmittels genügend stark zu unterkühlen und feinkristallin erstarren zu lassen. Die erhaltenen Pulver- oder Faserteilchen werden aufgefangen, getrocknet und verpreßt und in bekannter Weise durch Abschrecken und Anlassen ausgehärtet oder aber beispielsweise unter Verwendung des gasförmigen Kühlmittels, das gegebenenfalls auch noch mit Pulver- oder Faserteilchen reagieren kann, als Trägerwerkstoff in einen vorgewärmten Ofen bzw. direkt in eine Strangpresse oder Walze übergeführt und dort kompaktiert, wobei sich vorteilhaft unmittelbar die Aushärtungsbehandlung anschließt.

Als Beispiel für die beschriebene Überlagerung von Dispersions- und Ausscheidungshärtung kann etwa eine Kupferlegierung mit 5% Eisen und 5% Kobalt dienen, die von 1400⁰C schnell abgekühlt und unterteilt wird. Unmittelbar vor, während oder unmittelbar nach dem Durchtritt durch das Düsensystem scheiden sich aus der Schmelze bzw. innerhalb der Schmelztröpfchen feinste feste Eisen-Kobalt-Mischkristallteilchen aus. Die Grundmasse der erstarrten Pulver ist dann eine kupferreiche Mischkristallphase, welche die ausgeschiedenen y-Eisen-

709 637/550

Claims (3)

Kobalt-Teilchen umschließt, andererseits aber auch noch Eisen und Kobalt in fester Lösung enthält, je nach Abkühlungsgeschwindigkeit sogar mehr als dem Gleichgewichtszustand entspricht. Bei einer anschließenden Ausscheidungshärtung werden dann noch a-Eisen-Kobalt-Teilchen ausgeschieden. Als weiteres Beispiel mögen Fe-W-Legierangen mit 40% W genannt werden. Bei extrem schneller Abkühlung von 17000G werden aus dieser Legierung Fe3-W2-Kristalle von einer Korngröße unter 0,2 μ mit einem Gehalt von etwa 68 °/o W abgeschieden. Die Restphase erstarrt bei 1520° C bzw. wegen der angestrebten Unterkühlung bei tieferer Temperatur als homogene Mischkristallphase mit etwa 34°/o W. Nach Anlassen bei 650° C weist der Werkstoff eine Härte über 66 Rc auf. Die Anwendbarkeit des Verfahrens ist naturgemäß nicht auf Kupfer- oder Eisenlegierungen beschränkt, es können vielmehr auch z. B. Aluminium-, Nickeloder Titanlegierungen auf höchste Festigkeit gehärtet ao werden, sofern der beschriebene Legierungsaufbau gegeben ist und die Maßnahmen gemäß der Erfindung durchgeführt werden. Werkstoffe, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden, zeichnen sich durch besonders gute Festigkeitseigenschaften in Verbindung mit spezifischen physikalischen Eigenschaften aus, z.B. hohe Koerzitivkraft. Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung dispersions- und ausscheidungsgehärteter mehrphasiger, metallischer Werkstoffe, dadurch gekennzeichnet, daß eine metallische Schmelze, in der zunächst alle Komponenten gelöst vorliegen, mit einer solchen Abkühlungsgeschwindigkeit in Faser- oder Pulverform übergeführt wird, daß feine Dispersionen von einer oder mehreren festen Phasen mit einer Korngröße von unter 1 μ in der anschließend erstarrten Restschmelze erhalten werden und diese dispersionsgehärteten Teilchen zu einer kompakten Masse verdichtet werden, worauf dieser Körper mittels Lösungsglühen und Anlassen durch Ausscheidung von feinen Teilchen im festen Zustand zusätzlich gehärtet wird.

2. Verfahren nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß die metallische Schmelze mittels geheizter keramischer Düsen zu Fasern oder Pulver verdüst wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zur schnellen Abkühlung der metallischen Schmelze dienende Kühlmittel· als Träger zum Weitertransport der erstarrten Schmelzeteilchen in ein Auffanggefäß, einen Ofen, eine Strangpresse oder Walzvorrichtung verwendet wird.

709 637/550 8.67 © Bundesdruckerei Berlin