DE1533360C - Verfahren zur Herstellung von nahezu stochiometrischen Nickel Titan Legierungen und Verwendung derselben - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von nahezu stochiometrischen Nickel Titan Legierungen und Verwendung derselbenInfo
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Description
Die nahezu stöchiometrischen Nickel-Titan-Legierungen und ihre einmaligen Eigenschaften sind eingehend
in der USA.-Patentschrift 3 174 851 dargelegt worden. Für manche Anwendungen ist es erwünscht,
derartige Nickel-Titan-Legierungen mit höherer 0,2-Grenze zu erhalten. Versuche, die 0,2-Grenze durch
konventionelle Maßnahmen, wie Wärmebehandlung, zu erhöhen, haben nur geringen Erfolg gehabt. Dies
dürfte wahrscheinlich auf die Tatsache zurückzuführen sein, daß die Legierungen im wesentlichen in einer
einzigen Phase vorliegen. Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Erhöhung
der Festigkeit und zur Erzeugung eines martensitischen Gefüges solcher Legierungen anzugeben.
Das Erfindungsziel, das zu einer 0,2-Grenze von mindestens 68 kp/mm2, vorzugsweise von 81,7 bis
129 kp/mm2, einer Bruchdehnung, bezogen auf eine Meßlänge von 25,4 mm, von mindestens 7%, vorzugsweise
von 7 bis 20%, einer Zugfestigkeit von mindestens 109 kp/mm2, vorzugsweise von 129 bis
177 kp/mm2, einer spezifischen Festigkeit, d. h. einem Zugfestigkeits - Diente - Verhältnis, von mindestens
kp/mm2
101,6 g/cm3 , vorzugsweise zwischen 127 und
101,6 g/cm3 , vorzugsweise zwischen 127 und
203,2 , bei einer Permeabilität von etwa 1 in
einer Nickel-Titan-Legierung aus 53,5 bis 56,5% Nickel, Rest Titan, die nach an sich bekannter Lösungsglühung
und Abkühlung kaltverformt wird, führt, wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Kaltverformung
in Abhängigkeit von der Legierungszusammensetzung unterhalb, vorzugsweise wenigstens
um 20 bis 30°C unter den folgenden kritischen Temperaturen, bei denen das Kristallgitter eine martensitische
Umwandlung erfährt, erfolgt:
| Legierungszusammensetzung (Gewichtsprozent Nickel, Rest Titan) |
5 | 53,5 | Kritische Temperaturen |
| 54,0 | rc; | ||
| 54,5 - | '98 | ||
| ίο 55,0 | 140 | ||
| 55,5 | 170 | ||
| 56,0 | 140 | ||
| 56,5 | 30 | ||
| -25. | |||
| -50 |
| "C | Für eine Legierungszusammensetzung (Gewichtsprozent Nickel, Rest Titan) |
| 98 - | 53,5 |
| 140 | 54,0 |
| 170 | : . · - 54,5 |
| 140 | 55,0 |
| 30 | 55,5 |
| -25 | 56,0 |
| -50 | 56,5 |
Vorteilhafterweise wird die Nickel-Titan-Legierung nach der Wärmebehandlung durch Walzen, Ziehen
oder Strangpressen verformt.
Bei der Kaltverformung erfährt die Nickel-Titan-Legierung
eine martensitische (diffusionslose) Umwandlung. Die Fähigkeit der Legierung, eine martensitische
Umwandlung durchzumachen, ist temperaturabhängig. Die höchste Temperatur, bei welcher diese
Umwandlung eintreten kann, wird als kritische Temperatur bezeichnet. Diese kritische Temperatur, die
eine Funktion der Legierungszusammensetzung ist, kann leicht aus einer Dämpfungsübergangskurve
bestimmt werden. In Tabelle I sind die ungefähren kritischen Temperaturen einiger typischer Nickel-Titan-Legierungen
angegeben.
Bislang bestand in der Fachwelt die Ansicht, daß Legierungen mit 52 bis 56% Nickel, Rest Titan, vorwiegend aus der einzigen Phase TiNi bestehen und
daß ihre Härte durch eine Wärmebehandlung oder durch Veränderung der Abkühlungsgeschwindigkeit
nur unwesentlich beeinflußt werden können. Vorliegende Erfindung beruht auf der weitergehenden
Erkenntnis, daß eine Erhöhung der Festigkeit derartiger Legierungen jedoch erreicht werden kann,
wenn diese Legierungen geglüht, abgekühlt und anschließend kaltverformt werden, wobei gleichzeitig
ein martensitisches Gefüge entsteht.
Auch die Zeit zur Steigerung der Zugfestigkeit ist temperaturabhängig. Je größer der Temperaturunterschied
zwischen der Verarbeitungstemperatur und der kritischen Temperatur ist, um so höher wird
die Festigkeit. Für die meisten Zwecke wird die Arbeitstemperatur vorzugsweise wenigstens 20 bis
300C unter der kritischen Temperatur gehalten. Um
sicherzustellen, daß der geringste gewünschte Temperaturunterschied erhalten wird, muß auch der
Temperaturanstieg, der gewöhnlich durch die Reibung bewirkt wird, mit in Rechnung gestellt werden.
Solange allerdings die Arbeitstemperatur unter der kritischen Temperatur gehalten wird, können die
durch Reibung bewirkten Temperaturänderungen den Vorgang nicht wesentlich beeinflussen.
Die Legierungen können in an sich bekannter Weise verarbeitet werden. Beispielsweise können sie
im Gesenk geschmiedet, grobgewalzt, gezogen, stranggepreßt, freiformgeschmiedet, gestreckt, feingewalzt,
durch Sprengverformung oder in anderer Weise verarbeitet werden, wobei diese Verarbeitungen im
wesentlichen Teile der Gesamtverarbeitung sind.
Das Maß der durchzuführenden Verarbeitung hängt von der gewünschten Festigkeit und Härte ab, wobei
ein höherer Verformungsgrad eine größere Festigkeit ergibt. Der Verarbeitung, welcher die Legierung
, unterworfen werden kann, ist allerdings eine obere Grenze gesetzt, bei deren überschreiten Einrisse und
örtliche Ausbrüche auftreten können. Als Faustregel kann gelten, daß die Verarbeitung nur bis zu einer
Querschnittsverminderung von 20 oder 25% bei Rundmaterial bzw. einer Dickenverminderung von
2(1 bis 25% bei Flachmaterial durchgeführt werden sollte, da übermäßiges Verarbeiten zu einer beachtlichen
Abnahme der Duktilität ohne vergleichbare Zunahme der Festigkeit führt.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird eine Nickel-Titan-Logierung mit hoher Festigkeit, großer
Härte, hoher Schlagzähigkeit, hoher Dehnung (Duktilität), großer Korrosionsbeständigkeit, niederer Dichte
und stabiler Unmagnetigkeit erhalten.
Die nachfolgenden Beispiele zeigen Ausführungsformen der Erfindung.
B e i s ρ i e 1 I
Ein Nickel-Titan-Blech (55,1 Gewichtsprozent Nickel, Rest Titan) von 101,6 χ 25,4 χ 3,30 mm
wurde bei 800° C im Vakuum geglüht und zum Ausschalten der Einflüsse der vorangegangenen Verarbeitung
ofengekühlt. Anschließend wurde das Blech 20 Minuten lang in flüssigen Stickstoff gegeben, um
sicherzustellen, daß die Legierung eine Temperatur annimmt, die unterhalb ihrer kritischen Temperatur
liegt, und um ferner sicherzustellen, daß die Legierung unterhalb der kritischen Temperatur während des
Walzens bleibt. Anschließend wurde das Blech gewalzt, wobei sich in Abhängigkeit der Dicken verminderung der in der folgenden Tabelle II festgehaltenen
Festigkeitswerte ergaben.
15
| 0,2-Grenze | Zugfestigkeit | Bruchdehnung. | |
| Dicken | bezogen auf eine | ||
| verminderung | Meßlänge von | ||
| (kp/mm2) | (kp/mm2) | 25,4 mm | |
| % | 20,4 | 88,5 | ' (%) |
| 0 (geglüht) | 75,0 | 111 | 22 |
| 10 | 88,5 | 130 | 25 |
| 15 | 13 | ||
Neben der hohen Zugfestigkeit und Duktilität wies die Legierung eine magnetische Permeabilität
von nahezu 1 sowie hohe Korrosionsbeständigkeit und Schlagzähigkeit auf.
B e i s ρ i e 1 II
Ein Nickel-Titan-Draht von 1,5 mm Durchmesser (55,1 Gewichtsprozent Nickel, Rest ,Titan), wurde
geglüht und wie im Beispiel I gekühlt. Die Legierung wurde dann durch konische Ziehsteine gezogen, wobei
sich die in Tabelle III angegebenen Werte ergaben. anwendbar, wo hochfeste Werkstoffe geringen Gewichtes
benötigt werden, beispielsweise im Raketenbau und in der Raumfahrt. Die hohe Festigkeit und
die Korrosionsbeständigkeit der Legierung macht sie außerdem für den Schiffsbau verwendbar, und
zwar trotz der Tatsache, daß etwas von der Schwingungsdämpfungsfähigkeit für die erhöhte Festigkeit
geopfert worden ist. Die Legierung kann auch als Panzermaterial gegen Beschüß Verwendung finden.
Im Gegensatz zum konventionellen Härtungsprozeß wird erfindungsgemäß die Duktilität und
Zähigkeit nicht nennenswert beeinflußt, und im Gegensatz zum Austenit-Martensit-Ubergang beim Stahl
werden die amagnetischen Eigenschaften der Legierung gleichfalls nicht beeinflußt.
Claims (3)
1. Verfahren zur Erzielung einer 0,2-Grenze von mindestens 68 kp/mm2, vorzugsweise von
81,7 bis 129 kp/mm2, einer Bruchdehnung, bezogen auf eine Meßlänge von 25,4 mm, von mindestens
7%, vorzugsweise von. 7 bis 20%, einer Zugfestigkeit von mindestens 109 kp/mm2, vorzugsweise von 129 bis 177 kp/mm2, einer spezifischen
Festigkeit von mindestens 101,6 ,
vorzugsweise zwischen 127 und 203,2 ,
g/cm3
bei einer Permeabilität von etwa 1 in einer Nickel-Titan-Legierung
aus 53,5 bis 56,5% Nickel, Rest Titan, die nach an sich bekannter Lösungsgiühung
und Abkühlung kaltverformt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Kaltverformung
in Abhängigkeit von der Legierungszusammensetzung unterhalb, vorzugsweise wenigstens um
20 bis 300C unter den folgenden kritischen Temperaturen erfolgt:
Tabelle III
verminderung
Meßlänge von
45
55
Die Legierung wies hohe Schlagzähigkeit und Korrosionsbeständigkeit sowie eine Permeabilität auf,
die im wesentlichen 1 war.
Das erfindungsgemäße Verfahren findet mannigfache Anwendung, da es die hocherstrebten Eigenschaften
von Festigkeit, Zähigkeit, Duktilität, Korrosionsbeständigkeit und magnetische Permeabilität
von etwa 1 bewirkt. Das hohe Festigkeits-Dichte-Verhältnis macht die Legierung insbesondere dort
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nickel-Titan-Legierung der
Zusammensetzung nach Anspruch 1 nach der Wärmebehandlung durch Walzen, Ziehen oder
Strangpressen verformt wird.
3. Verwendung der nach dem Anspruch 1 oder 2 behandelten Nickel-Titan-Legierungen aus
53,5 bis 56,5% Nickel, Rest Titan und herstellungsbedingten Verunreinigungen, zur Herstellung unmagnetischer
Gegenstände großer Härte und hoher Zugfestigkeit, von Panzerplatten, von Teilen für
Raketen und Raumfahrzeugen sowie für den Schiffsbau.
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