DE1268851B - Verwendung einer Nickel-Titan-Legierung - Google Patents
Verwendung einer Nickel-Titan-LegierungInfo
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Description
- Verwendung einer Nickel-Titan-Legierung Die Erfindung bezieht sich auf die Verwendung einer Nickel-Titan-Legierung von 30 bis 50"1, Ti' Rest Nickel, die sich durch ungewöhnliche mechanische und physikalische Eigenschaften auszeichnet.
- Die meisten intermeiallischen Verbindungen sind sehr spröde und besitzen keine Duktilität -bei Raumtemperatur. Trotz vieler anderer außergewöhnlich guter Eigenschaften, die solche Verbindungen aufweisen - beispielsweise behalten sie ihre Festigkeit bei hoher Temperatur -, macht sie die Sprödigkeit bei Raumtemperatur praktisch unbrauchbar für irgendwelche bauliche Anwendungsgebiete. Hier bringt nun die Erfindung Abhilfe.
- Die Erfindung besteht demgemäß in der Verwendung einer Legierung aus 30 bis 50'110 Ti, Rest Nickel, als Werkstoff für Gegenstände, die durch Warmverformung und gegebenenfalls Kaltverformung hergestellt sind und deren Gefüge innerhalb eines Temperaturbereichs von etwa 500 bis -75#C eine Ti-Ni-Phase in Verbindung mit einer Ti-Ni3-Phase, verteilt in einer Ti-Ni-Matrix, besitzt, mit paramagnetischer Eigenschaft, hoher Härte im genannten Temperaturbereich, Korrosionsbeständigkeit, hoher Kerbschlag-Z; ähigkeit, guter Dehnung, Duktilität und hoher mechanischer Dämpfung.
- Weitere Vorteile und Merkmale sind in der nachstehenden Beschreibung der Erfindung erläutert: Bei der verwendeten Legierung liegen drei mögliche Phasen vor. Die chemische Umsetzung folgt der Reaktionsgleichung TiNi z-- Ti2Ni + TiNi3 Als Ausgangsstoffe der Legierung dienen beispielsweise granuliertes Nickel hohen Reinheitsgrades, wie es unter dem Handelsnamen »Mond-Nickel« auf den Markt kommt, und handelsmäßig reines Titan in Barrenform. Die Technologie der Legierung kann in drei Stufen unterteilt werden, nämlich a) Erschmelzen der Legierung, b) Bearbeitung der geschmolzenen und gegossenen Legierung, c) Wärmebehandlung des bearbeiteten Materials. a) Schmelzen der Legierung Die Legierung wird wegen ihres hohen Titangehaltes im Lichtbogenschmelzverfahren erschmolzeii, wobei entweder sich selbst verzehrende Elektroden oder Dauerelektroden und ein wassergekühlter Tiegelschmelzofen benutzt werden. Unter Umständen kann auch das Induktionssehmelzen bei Verwendung eines keramischen Tiegels (beispielsweise aus Zr02) herangezogen werden, wenn zunächst das Nickel erschmolzen und hierauf die richtige Menge Titan zugerügt wird. Nach dem Hinzufügen des Titans sollte die Legierung rasch abgegossen werden, um eine unerwünschte Wechselwirkung zwischen Titan und dem Tiegelmaterial zu verhindern. Eine in einem weniger feuerbeständigen Tiegel aus Mg0 versuchsweise ausgeführte Schmelzung war zufriedenstellend, insofern, als der Oxydgehalt der Schmelze auf die zulässige Höhe von ungefähr 0,18 Gewichtsprozent angehoben wurde. b) Bearbeitung der im Lichtbogen erschmolzenen Legierungen Alle Gußlegierungen zwischen etwa 52 und 56 Gewichtsprozent Nickel und entsprechend etwa 48 bis 44 Gewichtsprozent Titan können ohne jegliche vorangegangene Wärmebehandlung warm bearbeitet werden.
- Bei einem Versuch wurde eine stöchiometrische Ni-Ti-Verbindung von 55,1 Gewichtsprozent Nickel und 44,9 Gewichtsprozent Titan zwischen etwa 650 und 1100'C warm bearbeitet, wobei der bevorzugte Warmbearbeitungsbereich zwischen 700 und 900'-,C lag. Weitere Versuche zeigten, daß die Legierungen, die über 56 Gewichtsprozent Nickel, d. h. von 56 bis 64 Gewichtsprozent Nickel, enthalten, eine vorangegangene Wärmebehandlung erfordern, damit sie warm bearbeitbar sind. Diese Wärmebehandlung bestand im Erwärmen der Legierung auf etwa 1050'C bis zur Durchwärmung und im anschließenden langsamen Abkühlen auf Raumtemperatur. In Abweichung hiervon können die Legierungen auf etwa 1050 C erwärmt und auf dieser Temperatur bis zur Durchwärmung gehalten werden und dann langsam auf 850'C abgekühlt und auf dieser Temperatur gehalten werden, bis sie innen und außen einheitlich diese Temperatur angenommen haben. Sodann werden sie langsam auf Raumtemperatur abgekühlt. Das Prinzip in der vorerwähnten Wärmebehandlung vor der Verarbeitung besteht darin, den Nickelüberfluß aus der Lösung auszufällen und mit der Verbindungsphase TiNi zur Verbindungsphase TiNi3 zu vereinigen. Dies führt zu einem dehnungslähigen Grundmetall, in welchem spröde Ti-Ni3-Komponenten eingesprengt sind, die zu harmlosen Partikelchen koalesziert wurden. Die vorbeschriebene, zweiphasige Ti-Ni- + Uberschuß Ti-N'3-Legierung konnte bei je- der Temperatur zwischen 700 und 900 C gewalzt werden.
- Es hat sich noch gezeigt, daß das Warm-Strangpressen ein wirksames Mittel zum Uberführen der stengligen Kristallorientierung in die gleichachsige Orientierung darstellt und damit zur Warmbearbeitbarkeit der höher nickelhaltigen Verbindungen (58 bis 62 Gewichtsprozent Ni) durch übliche Arbeitsverfahren, wie Walzen, Stauchen, Schmieden usw., führt. Solches Warmpressen beseitigt jeglichen Unterschied, der ansonsten beim Warmbearbeiten dieser höher nickelhaltigen Verbindungen vorhanden ist.
- c) Wärmebehandlung des bearbeiteten Materials Die Härte von Legierungen, die zwischen 52 bis 56 Gewichtsprozent Nickel und im übrigen Titan enthalten und vorherrschend einphasig TiNi waren, konnte durch irgendwelche Wärmebehandlung nur wenig unabhängig von der Kühlung beeinflußt werden.
- Im Gegensatz hierzu konnten die Härteeigenschaften bei Legierungen, die zwischen 56 bis 64 Gewichtsprozent Nickel und im übrigen Titan enthalten. durch Wärmebehandlung und insbesondere durch die Ab- kühlung beeinflußt werden. Wenn derartige Legierungen auf über 900'C erwärmt und in Wasser auf Raumtemperatur abgeschreckt werden, dann nehmen sie eine hohe Härte an. So erreichte beispielsweise eine Legierung von 60 Gewichtsprozent Nickel und 40 Gewichtsprozent Titan beim Abschrecken von einer Temperatur, die zwischen 900 und 1 100-'C lag, eine Härte, die zwischen 58 und 62 Rc variierte, wie aus Tabelle I hervorgeht.
Tabelle 1 Durchschnittshärte einer 60-Ni-40-Ti- (60 Gewichtsprozent Ni, 40 Gewichtsprozent Ti)- Legierung bei Wasserabkühlung von unterschiedlichen Temperaturen Abschreckungs- Härte temperatur Beinerkungen ( C) (R,.) 1110 62 Die Luft hatte beim Er- 1000 61 wärmen und Abschrek- 900 58 ken ungehindert Zutritt zu den Proben - Die Tabellenwerte zeigen deutlich, daß die nicht stöchiometrischen Ti-Ni-Legierungen. also solche, die Ni im Uberschuß enthalten, durch Abschrecken härtbar sind. Auch ist ersichtlich, daß eine Legierung von 56 Gewichtsprozent Nickel und im übrigen Titan den Ubergang zwischen den härtbaren und nicht härtbaren Legierungen bildet und daß ein großer Uberschuß der die Härte bewirkenden Bestandteile von Nickel in Form von TiNi3 (oberhalb etwa 64 Gewichtsprozent Ni) dazu dient, dieAbschreckhärte zu verringern. Infolgedessen liegt der bevorzugte BereichzurErzielungdergrößten Härtbarkeit zwischen 58 und 62 Gewichtsprozent Nickel.
Tabelle II Härte bei Nickel Wasser- Bemerkung (Gewichts- abschreckung prozent) (R,.) 50 31 52 21 Die Luft hatte beim Er- 54 20 wärmen und Abschrek- 55 36 ken ungehindert Zutritt 56 44 -zu den Proben 58 60 60 62 Härte bei Ofenabkühlung 61 63 35Rc 62 62 64 59 Die Luft hatte beim Er- 66 57 wärmen und Abschrek- 68 56 ken ungehindert Zutritt 70 49 zu den Proben 72 46 Tabelle III Legierungs- Warrnwalztemperatur Härte zusaminensetzung Art der Erschinelzung der Legierung TiNi Lichtbogenschmelzung mit Probe wurde nicht warm- 30 bis 31 Dauerelektrode gewalzt TiNi desgl. 600 38 TiNi desgl. 700 38 TiNi desgl. 950 32 bis 34 TiNi desgl. ION) 39 TiNi desgl. 1100 39 bis 41 Ti,Ni desgl. Probe war nicht warrnwalzbar 53 Ti,Ni desgl. 950 nicht warmwalzbar TiN'3 desgl. Probe war nicht warrnwalzbar 34 TiNi3 desgl. 1050 nicht warmwalzbar - Bei Legierungen. die zwischen 50 und 70 Gewichtsprozent Nickel und im übrigen Titan enthalten. wurde beobachtet, daß diese Legierungen ihre Härteeigenschaften unabhängig von der Temperatur beibehalten. beispielsweise über einen Temperaturbereich von der Raumtemperatur bis zu 463 C und herab bis -75 C. Legierungen. die der stöchiometrischen Ti-Ni-Verbindung ohne TiN'3 und Ti,Ni nahekomi'nen (54.5 bis 55.1 Gewichtsprozent N#), haben sogar die Tendenz zu einer »Sekundärhärtung« erkennen lassen. Dies ergibt sich aus Tabelle VIII.
- Die Dehnungseigenschaften wurden bei beiden Legierungen mit 54.5 und 55.1 Gewichtsprozent Nickel und im übrigen Titan gemessen. In jedem Fall wurde eine Standardprobe mit einem Durchmesser von 6.45 mm und einer Höhe von 25,4 mm verwendet. Die Proben wurden in Längsrichtung geläppt. um Querkerben zu verhindern. Um die Oxydation der Probenoberflächen auszuschließen und das Eindringen der Elemente Sauerstoff, Stickstoff und Wasserstoff zu verringern, wurde eine Vakuum- bzw. kontrollierte Atmosphärenwärmebehandlung durchgeführt. Die Vakuumwärmebehandlung erfolgte dabei in einer evakuierten Quarzröhre. Die Zugfestigkeitsergebnisse, und der Ti-Ni- + Ti-Ni,-Phase (etwa 900"C) und langsame Abkühlung erreicht, wobei die endgültige Anlaßhärte durch die Erwärmungstemperatur, die Einwirkzeit dieser Temperatur und die Abkühlgeschwindigkeit bestimmt ist. Um Oberflächenoxydation (beim Erwärmen über 600 Q zu verhindern, werden die Anlaßbehandlungen in Helium- oder Argonatmosphäre durchgeführt. In vielen Fällen wird allerdings die Wärmebehandlung in Luft genügen.
- Weitere Härtewerte für TiNi, Ti,Ni und TiNi3 sind in der Tabelle Ill zusammengestellt. die erhalten wurden, sind in der Tabelle IV zusammengestellt.
- Aus den vorerwähnten Ergebnissen wird ersichtlich, daß die Dehnung bis 15,5",1" betragen kann, wobei der Durchschnitt bei 7 bis IO','n liegt. Für eine intermetallische Verbindung stellt diese Dehnung bei Raumtemperatur einen ungewöhnlichen und unerwartet hohen Wert dar. Es ist ferner zu erkennen, daß die 0,2-Streckgrenze beträchtlich mit der Zusammensetzung und der Wärmebehandlung variiert, während die Zugfestigkeit beim Zerreißen und der Elastizitätsmodul weitgehend konstant bleiben, und zwar unabhängig von der Zusammensetzung und der Wärmebehandlung.
- Zur Bestimmung der Kerbschlagzähigkeit nach C h a r p y wurden sorgfältig bearbeitete, quadratische Proben benutzt. Die Probenflächen waren in Längsrichtung handgeläppt, um Querschrammen weitgehend auszuschalten. Die Versuche wurden in einer Standard-Riehle-Maschine durchgeführt. Die Ergebnisse sind in Tabelle V zusammengestellt.
- Auch hier wurden wie bei den Dehnungsversuchen ungewöhnliche Kerbschlagzähigkeitswerte im Vergleich zu den meisten intermetallischen Verbindungen erzielt. Für beide Ti-Ni-Legierungen betrug der Mindestwert 3,18 mkg, selbst bei untermaßhaltigen Proben. Besonders herausgestellt sei das Anwachsen der Kerbschlagzähigkeit bei Temperaturen unterhalb des Gefrierpunktes.
- Proben mit einer Legierung mit 55,1 Gewichtsprozent Ni und im übrigen Titan wurden einer Reihe der üblichen Korrosionsversuche unterworfen und dem Oxydationsangriff ausgesetzt. Die Ergebnisse dieser Versuche sind in Tabelle VI und VII festgehalten.
Tabelle IV Zugversuchsergebnisse (Probenabmessungen: 6,45 mm Durchmesser - 25,4 mm) Zugfestigkeit Streckgrenze 0.2-Streckgrenze Ein- Elastizitäts- Probenbehandlung beim Zerreißen schnürung 1 modul Bemerkungen (kg,MM2) (kg/mm2) (ll;",) (1) / o) 1 (kgmm2) Legierung mit 54,5 Gewichtsprozent Ni, im übrigen Ti (Raumtemperatur) 800"C, 1 Stunde ofen- 79 28,1 8,1 - 8.1 - 10' brach außerhalb gekühlt*) der Meßlänge 800,-'C, 1 Stunde wasser- 87 28,6 15J 16,0 8,3 - 1 W gekühlt*) Legierung mit 54,5 Gewichtsprozent Ni, im übrigen Ti (Versuchstemperatur: 85 bis 88,9 C) 800"C, 1 Stunde ofen- 77,8 32,9 3,6 - 7,9 - lW brach außerhalb gekühlt*) der Meßlänge 800' C, 1 Stunde wasser- 81,2 3K7 10,9 13,0 7,9 - 10' gekühlt*) 1 Legierung mit 55,1 Gewichtsprozent Ni, im übrigen Ti (Raumtemperatur) Warmgestaucht bei 900'C, 87,9 57,2 8,1 - 7,9 - 10' luftgekühlt 1000'C, 30 Minuten ofen- 82,0 39,5 7,2 - 6,8 - 10' Härte 26 R, gekühlt*) 1000'C, 30 Minuten ofen- 803 23,6 3,2 - 7,3 - 103 brach außerhalb gekühlt**) der Meßlänge, Härte 24 R 1000'C, 30 Minuten ofen- 98,9 25,5 9,9 - Härte 24 R, gekühlt**) 1000'C, 30 Minuten 57,8 50,1 3,5 - 72 - 10' Härte 33 R, wassergekühlt") 1000'C, 30 Minuten 59,3 43,8 4,5 - 8,3 - 10' Härte 31 Rc wassergekühlt") Wärmebehandlung wurde in Argonatmosphäre durchgeführt. Probe war während der Wärrnebehandlung in evakuierter Quarzröhre eingeschlossen. Tabelle V Kerbschlag-Biegeversuchsergebnisse von Proben aus Ni-Ti-Legierungen (Die Proben waren rißfrei und quadratischen Querschnittes) Legierungszusammensetzung NiTi Probenabmessungen Kerbschlagzähigkeit Querschnitt Versuchsbedingungen (C h a r p y) (Gewichtsprozent) (mm) (mkg) 54,5*) 7,48 - 7,48 Versuchstemperatur: 24# C 3,87 54,5*) 7,48 - 7,48 Versuchstemperatur: 51,7'C 4,42 54,5*) 7,48 - 7,48 Versuchstemperatur: 93,3'C 4,08 54,5*) 7,48 - 7,48 Versuchstemperatur: -80'C 5,54 54,5*) 7,48 - 7,48 Abkühlung auf -80'C in Wasser 3,18 von RT erwärmt und 15 Minuten in Luft von RT stabilisiert 54,5*) 7,48 - 7,48 Abkühlung auf - 80'C in Wasser 3,46 von RT erwärmt, in Luft von RT stabilisiert, anschließend auf 71,1'C erwärmt 55,1 7,51 7,51 Versuchstemperatur: 24"C 3,32 55,1 7,51 7,51 Versuchstemperatur: 93,3"C 3,87 55,1 7,51 7,51 Versuchstemperatur: -80 C 5,95 Die Proben wurden von warmgeschmiedeten Stangen entnommen. Die Proben wurden von warmgewalzten Platten entnommen. Tabelle VI Korrodierende Mittel Auswirkung_ Salzwassersprühnebel schwach weißlicher Nieder- - 20"/, Lösung, 35'C, schlag auf der Rückseite 96 Stunden der Probe, kein Angriff auf der ausgesetzten Oberfläche Seewasser - 192 Stunden keine Normale Luftatmosphäre keine Normale Behandlung keine Tabelle VII Oxydationsverhalten Gewichtszunahme infolge der Oxydation Versuchs- bei verschiedenen Temperaturen dauer (g) (Stunden) 6001 C 800' C -1 OOW C 2 0,001 0,016 GA67 4 0,001 0,017 0,079 6 0,0013 0,020 0A88 8 0,0013 0,022 0,094 10 0,0014 0,023 0,100 12 0,0015 0,025 0,105 - Aus Tabelle VII läßt sich ersehen, daß bei 600'C die Anfangsoxydation sehr gering war und der Oxydaufbau nach den ersten beiden Stunden vernachlässigbar war. Bei 800'C schritt die Oxydation nach den ersten beiden Stunden allmählich fort, und bei 1000'C war die Anfangsoxydation sehr schnell und schritt allmählich weiter. Das Ablösen der Oxydfläche war bei 800 und 1000'C leicht bis schwer.
- Für die Verarbeitung von Baustoffen ist die Verbindungsmöglichkeit von außerordentlich großer Bedeutung. Um Aufschluß über die Schweißbarkeit von Ni-Ti-Werkstoff zu erhalten, wurden zwei abgeschrägte, 3,2 mm dicke, warmgewalzte Platten aus TiNi unter Helium im Lichtbogen stumpf zusammengeschweißt. Es waren nur geringe Schwierigkeiten zu überwinden, um die Verbindung zu erreichen, und die Schweißschnittstelle erschien frei von Rissen und Porosität. Auf Grund dieser Feststellung ist die Schweißstelle als sehr fest und zäh anzusehen. Hinzu kommt, daß die Untersuchung der magnetischen Eigenschaften des Schweißteiles zeigt, daß dieses ebenso paramagnetisch ist wie das Grundmaterial.
- Unter den verschiedenen außergewöhnlichen Eigenschaften der Ni-Ti-Legierungen ist das paramagnetische Verhalten von größter Bedeutung. Als paramagnetisches Material wird ein Werkstoff angesehen, dessen spezifische Permeabilität größer als 1 ist und praktisch unabhängig von der magnetisierenden Kraft ist. Die Nickel-Titan-Legierungen in der Zusammensetzung mit Ti,Ni, TiNi und TiN'3 sind hoch paramagnetisch trotz des hohen Anteils des in diesen Legierungen vorhandenen Nickels. Legierungen mit 54 bis 60 Gewichtsprozent Ni und im übrigen Ti wurden nach verschiedenen thermischen Behandlungen innerhalb weit wechselnder Temperaturen magnetisch ausgewertet. Die magnetischen Untersuchungen bezogen sich sowohl auf die Messungen der magnetischen Suszeptibilität als auch der Permeabilität. Bei diesen Versuchen wurde festgestellt, daß sich die Permeabilität sehr dem Wert 1 nähert, und zwar unabhängig von der Temperatur, der mechanischen Restspannung oder der vorangegangenen Wärmebehandlung. Damit jegliche Oxydbeschichtungen in den Fällen, wo die Ti-Ni-Legierungen für unmagnetische Anwendungsfälle benutzt werden sollen, unterbleiben, muß hohe Sorgfalt aufgewendet werden. Dies findet seine Ursache in der Vereinigung von etwas Ni der Legierung mit 02, so daß eine ferromagnetische Oxydschicht entsteht, und in der Vereinigung von Ti + Q, um TiO2 zu bilden, wodurch eine dünne, hochnickeihaltige Oberflächenschicht entsteht, die ferromagnetisch ist.
- Von besonderer Wichtigkeit ist bei diesen Ni-Ti-Legierungen auch noch der ungewöhnliche mechanische Dämpfungseffekt. Die stöchiometrische Legierung zeigt sowohl im unmittelbaren Lichtbogen-Gußzustand als auch nach der Wärmebearbeitung einen einmaligen und drastischen Wechsel der Schwingungsdämpfung bereits bei geringen Änderungen der Temperatur und der Zusammensetzung. Quantitative und qualitative Untersuchungen haben' ergeben, daß die Dämpfung einer Legierung mit 54,5 Gewichtsprozent Ni und im übrigen Ti bei geringem Fe-Gehalt (etwa 0,1 Gewichtsprozent) von einem hochdämpfend wirksamen Werkstoff bei Raumtemperatur (25'C) zu einem Werkstoff mit sehr geringen Dämpfungseigenschaften bei 54'C und darüber wird. Innere Reibungsversuche, die an einem Runddraht von 0,9 mm Durchmesser durchgeführt wurden, zeigten, daß der Logarithmus der Amplitude von 2,3 auf 1,1 in 35 Perioden bei Raumtemperatur (25'C) abfiel, während der Logarithmus der Amplitude des gleichen Drahtes beim Erwärmen auf 93'C nur von 2,3 auf 2,1 in 35 Perioden abfiel. Dies zeigt deutlich den Wechsel der Dämpfungseigenschaften bei bearbeitetem Draht aus einer Legierung von 54,5 Gewichtsprozent Ni, etwa 0,1 Gewichtsprozent Fe und im übrigen Ti. Im Dämpfungsverhalten sind dagegen noch auffälligere Unterschiede bei einer derartigen Legierung beobachtet worden, wenn sie sich im Lichtbogen-Gußzustand befindet. Dieser Wechsel der Dämpfungseigenschaften scheint mit dem Phasengleichgewicht des Legierungssystems verbunden zu sein. Wenn die Temperatur erhöht wird, nimmt die Ti-Ni-Phase in der Quantität auf Kosten der Verminderung der außerhalb der Phase stehenden Bestandteile (Ti2Ni und TiNi3) zu. Sobald sich dies ereignet, wird die Dämpfungsfähigkeit wesentlich verringert. Dies ist von dem Vorhandensein oder Nichtvorhandensein der Ti,-Ni-Phase zusammen mit der Ti-Ni-Phase abhängig.
- Die Phasengleichgewichtstheorie wird noch durch die Tatsache bestätigt, daß die Legierungen, die im Uberschuß Ni oder Ti über die stöchiometrische Zusammensetzung aufweisen, deutlich unterschiedliche DämpfÜngseigenschaften bei Raumtemperatur aufweisen. So zeigen beispielsweise die Ti-reichen Legierungen (weniger als 54,5 Gewichtsprozent Ni) bei Raumtemperatur hohe Dämpfungseigenschaften, während Ni-reiche Legierungen (mit mehr als 54,5 Gewichtsprozent Ni) bei Raumtemperatur geringe Dämpfungseigenschaften besitzen. Somit zeigt sich, daß die Ti2-Ni-Phase, gekuppelt mit TiNi, die hohe Dämpfungsfähigkeit entwickelt. Jegliche Verringerung der Ti.-Ni-Phase, beispielsweise das Erhöhen des Ni-Gehaltes, das Erhöhen der Temperatur, Verunreini-
Mechanische Eigenschaften von warmstranggepreßter 60'/oiger Ni-Ti-Legierung (Es wurden Normproben von 10 mm quadratischem Querschnitt benutzt.) Wärmebehandlung Durchschnittshärte Kerbschlagzähigkeit Zugfestigkeit Dehnung Youngs Modul (C h arpy) (RI.) (rnkg) (kg/MM2) (0, g» (kgmm2) Stranggepreßt 50 8,4 126 1 9,5 1 Wasserabgeschreckt 61 5,25 112 1 11,6 10' Ofenkühlung 41 7,2 98 8 8,6 - 10' Abgeschreckt und 58 105 1 8,95 - 10' angelassen bei 640'C - Zusammenfassend läßt sich sehen, daß Ni-Ti-Legierungen, die zwischen 50 und 70 Gewichtsprozent Ni und im übrigen Ti enthalten, entwickelt worden sind, welche eine ungewöhnliche Kombination von Eigenschaften aufweisen, wie große Härte über einen weiten Temperaturbereich und insbesondere bei Temperaturen, die unterhalb des Gefrierpunktes liegen. Die Legierungen besitzen ferner ungewöhnlich gute Dehnung und Kerbschlagzähigkeit bei den gleichen Temperaturen. Die Legierungen, die in einem Bereich von 50 bis 70 Gewichtsprozent Ni liegen, können in solche Legierungen unterteilt werden, die zwischen 52 und 56 Gewichtsprozent Ni und im übrigen Ti aufweisen, und in solche, die zwischen 56 und 64 Gewichtsprozent Ni und im übrigen Ti aufweisen. Die zuerst erwähnten Legierungen stellen weitgehend einphasige Ti-Ni-Verbindungen dar, wobei sie sowohl leicht warm als auch bei Raumtemperatur bearbeitbar sind und eine ungewöhnliche Dehnung bei Raumtemperatur zeigen. Die zuletzt erwähnten Legierungen zeichnen sich dadurch aus, daß sie mehrphasige Werkstoffe darstellen (insbesondere TiNi + TiNi3), die bis zu einer hohen Härte härtbar sind. Die Kombination der Härtbarkeit dieser Legierungen mit dem charakteristischen paramagnetischen Verhalten (die magnetische Permeabilität liegt unter 1,02) ist von hoher Bedeutung und führt zu ihrer Verwendung bei hochwertigen, nichtmagnetischen Werkzeugen und Baumaterialien, die unmagnetisch bleiben, dem Korsionsangriff widerstehen und der Abnutzung standhalten.
Tabelle VIII Zusammenstellung der Eigenschaften von Ni-Ti-Legierungen 55,1 Gewichts- a) Physikalische Eigenschaften prozent Ni-Ti-Legierung Wichte (25'C), g/cri0 ........ 6,45 Schmelzpunkt, `C ........... 1240 bis 1310 Kristallstruktur ............. cscl 55.1 Gewichts- a) Physikalische Eigenschaften prozent Ni-Ti-Legierung Raumgitter, Parometer, 3,015 Elektrischer Widerstand (25 - C), Mikroohm-em ............ 80 ElektrischerWiderstand(900- C), Mikroohm-em ............ 132 Linearer Ausdehnungskoeffi- zient (24 bis 900'C), pro - C 10,4 - W' Rekristallisationstemperatur,'C 550 bis 650 Magnetische Permeabilität .... 1,002 Magnetische Suszeptibilität K 196 bis 550# C) ......... 5 bis 9 - 10' b) Mechanische 54,5 Gewichts- 55 1 Gewichts- Eigenschaften prozent prozent Ni Ni Zugfestigkeit, kg7mnr' 77,4 bis 87,3 57.6 bis 98,5 0,2-Streck- grenze, kgmnr' 28,1 bis 38,7 32,2 bis 57.2 Youngs Modul, kg mrrr' 7,88 - 103 bis 8,3 - 10' bis 8,3 - 103 Dehnung," bis 15,5 bis IU 0 Einschnürung, 0 0 ..... ... bis 16 Härte, Rockwell-A. 42 bis 52 65 bis 68 Kerbschlag- zähigkeit, mkg 24-- C (Raum- temperatur). 3.87 3,32 -80- C .... 5,54 5,95 Biegefestigkeit, kg min-' . . . . 152,0
Claims (2)
- Patentansprüche: 1. Verwendung einer Legierung aus 30 bis 50' 2 o Titan. Rest Nickel, als Werkstoff für Gegenstände. die durch Warmverformung und gegebenenfalls Kaltverformung hergestellt sind und deren Gefüge innerhalb eines Temperaturbereichs von etwa 500 bis -75 C eine Ti-Ni-Phase in Verbindung mit einer Ti-Ni3-Phase. verteilt in einer Ti-Ni-Matrix, besitzt, mit paramagnetischer Eigenschaft, hoher Härte im genannten Temperaturbereich, Korrosionsbeständigkeit, hoher Kerbschlagzähigkeit, guter Dehnung, Duktilität und hoher mechanischer Dämpfung.
- 2. VerwendungeinerLegierungnachAnspruchl mit 44 bis 48' , Ti. Rest Nickel, verformt nach Anspruch 1, als Werkstoff für Gegenstände mit besonders hoher Duktilität. deren Gefüge innerhalb des Temperaturbereichs von etwa 500 bis -75 C überwiegend aus einer Ti-Ni-Phase besteht. 3. Verwendung einer Legierung nach Anspruch 2, die nach dem Erschmelzen einer Warmbearbeitung in einem Temperaturbereich von 650 bis 1100 C vorzugsweise von 700 bis 900 C unterworfen ist, für die Zwecke nach Anspruch 2. 4. Verwendung einer Legierung nach Anspruch 1 mit mehr als 45,5 bis 50"" Ti, Rest Nickel, verformt nach Anspruch 1. als Werkstoff für Gegenstände mit besonders hoher mechanischer Dämpfung bei Raumtemperatur. deren Gerüge innerhalb des Temperaturbereichs von etwa 500 bis - 75 C im wesentlichen eine Ti-Ni-Phase besitzt. 5. Verwendung einer Legierung nach Anspruch 1 mit 36 bis 44"" Ti. Rest Nickel, verformt nach Anspruch 1 und außerdem geglüht und abgeschreckt, als Werkstoff rür Gegenstände mit besonders großer Härte. deren Gerüge innerhalb des Temperaturbereichs von etwa 500 bis -75 C im wesentlichen eine Ti-Ni3-Phase, verteilt in einer Ti-Ni-Matrix, besitzt. 6. VerwendungeinerLegierungnachAnspruch5, die nach dem Erschmelzen auf etwa 1050-'C bis zur Durchwärmung vorgewärmt und hierauf einer Wärmebehandlung bei 700 bis 900' C unterzogen ist, für die Zwecke nach Anspruch 5. 7, Verwendung einer Legierung nach Anspruch 5, die nach dem Erschmelzen auf etwa 1050 C bis zur Durchwärmung erwärmt und dann langsam auf eine Temperatur von etwa 850 C abgekühlt und auf dieser Temperatur bis zur Annahme einer durchweg einheitlichen Temperatur gehalten und anschließend langsam auf Raumtemperatur abgekühlt und sodann warmbearbeitet ist, für die Zwecke nach Anspruch 5. 8. Verwendung einer Legierung nach Anspruch 5, die nach der Warmbearbeitung gemäß Anspruch 6 oder 7 auf über 900- C erwärmt und anschließend vorzugsweise bei einer Temperatur zwischen 900 und 1100-C durch Wasserkühlung abgeschreckt oder durch Ofenkühlung bei einer Durchschnitts-Abkühlrate von etwa 50 C pro Stunde abgekühlt ist, für die Zwecke nach Anspruch 5. 9. Verwendung einer Legierung nach Anspruch 5, die nach der Warmbearbeitung gemäß Anspruch 6 oder 7 und nach der Wärmebehandlung gemäß Anspruch 8 auf eine Temperatur unterhalb des Ubergangspunktes der Phasengrenze zwischen der Ti-Ni- und der Ti-Ni- + Ti-Ni3-Phase auf 900 C gebracht und anschließend langsam abgekühlt ist, für die Zwecke nach Anspruch 5. 10. Verwendung einer Legierung nach Anspruch 1 mit 36 bis 44" 0 Ti, Rest Nickel, verformi nachAnspruch 1,alsWerkstoffrürparamagnetische Gegenstände, deren Gefüge innerhalb des Temperaturbereichs von etwa 500 bis -75 C im wesentlichen eine Ti-Ni-Phase besitzt. 11. Verwendung einer Legierung nach Anspruch 1 mit 44,9 bis 45,5o/o Ti, Rest Nickel, verformt nach Anspruch 1, als Werkstoff für Gegenstände mit besonders hoher Kerbschlagzähigkeit, deren Gefüge innerhalb des Temperaturbereichs von etwa 500 bis -75 C im wesentlichen eine Ti-Ni-Phase besitzt. 12. Verwendung einer Legierung nach Anspruch 1 mit 45()/() Ti. Rest Nickel, verformt nach Anspruch 1, als Werkstoff für Gegenstände mit besonders hoher Korrosionsfestigkeit, deren Gefüge innerhalb des Temperaturbereichs von etwa 500 bis -75#C im wesentlichen eine Ti-Ni-Phase besitzt. In Betracht gezogene Druckschriften> M. Hart sen und K. An derko, Constitution of Binary Alloys, 1958, S. 1049 bis 1053; M c Q u i 11 a n. Titanium, 1956, S. 127.
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ID=22427182
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DEP1268A Withdrawn DE1268851B (de) | 1961-12-01 | 1962-11-29 | Verwendung einer Nickel-Titan-Legierung |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE1268851B (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2644041A1 (de) * | 1976-08-26 | 1978-03-02 | Bbc Brown Boveri & Cie | Gedaechtnislegierung |
-
1962
- 1962-11-29 DE DEP1268A patent/DE1268851B/de not_active Withdrawn
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
None * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2644041A1 (de) * | 1976-08-26 | 1978-03-02 | Bbc Brown Boveri & Cie | Gedaechtnislegierung |
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