DE3424030A1

DE3424030A1 - Titanlegierung zur dekorativen anwendung

Info

Publication number: DE3424030A1
Application number: DE19843424030
Authority: DE
Inventors: Kazuo Hamamatsu Shizuoka Kurahashi
Original assignee: Nippon Gakki Seizo Hamamatsu Shizuoka KK; Nippon Gakki Co Ltd
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 1983-07-01
Filing date: 1984-06-29
Publication date: 1985-02-07
Also published as: JPH0257136B2; JPS6013041A

Description

Titanlegierung zur dekorativen
Anwendung Die Erfindung betrifft eine Titanlegierung zur dekorativen Anwendung und insbesondere eine verbesserte Zusammensetzung einer Titanlegierung, welche zur Dekoration von modischen Artikeln wie z.B. Uhren, Brillengestellen benutzt wird. Ferner betrifft die Erfindung eine solche Titanlegierung enthaltende Uhren und Brillengestelle.
Zur Herstellung solcher modischen Artikel, welche im allgemeinen starke dekorative Wirkungen, niedriges Gewicht und vorzügliche Korrosionsbeständigkeit erfordern, sind lange reines Titan oder Titanlegierungen wegen ihrer signifikanten Korrosionsbeständigkeit verwendet worden. Materialien für solche Artikel erfordern weiter zähe Elastizität, um wiederholt Verbiegungen während des Gebrauchs auszuhalten, reichliche Verformbarkeit, um komplizierte Formänderung in der Herstellung zu erlauben, und hohe Punktschweißbarkeit und Hartlötbarkeit, um eine leichte und zuverlässige Verbindung zu zugehörigen Materialien zu erlauben.
Trotz der vorzüglichen Korrosionsbeständigkeit ist reines Titan zu weich, um zähe Elastizität zu haben, und auch ziemlich untauglich zum Schleifen zur Oberflächenbehandlung. Um diese Nachteile abzudecken, ist die Verwendung von mehreren (α+B) Sorten von Titanlegierungen vorgeschlagen worden. Ti-6%Al-4%V Legierung ist ein Beispiel. Aber diese Legierung ist zu hart für eine gleichmäßige Kaltbearbeitung und -ziemlich schlecht in Punktschweißbarkeit und Hartlötbarkeit. Ti-3%Al-2,5%V Legierung ist ein anderes Beispiel. Diese Legierung ist besser in der Verformbarkeit als das erste Beispiel, aber ihre Verformbarkeit ist immer noch unzureichend, um leicht komplizierte Formänderung in der Herstellung zu erlauben. Auch diese Legierung ist wieder ziemlich schlecht in der Punktschweißbarkeit und der Hartlötbarkeit.
Der ERfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Titanlegierung zur dekorativen Anwendung, insbesondere für Uhren und Brillengestelle zu schaffen, welche eine bessere Elastizität als reines Titan hat, und welche eine reichhaltigere Bearbeitungsfähigkeit mit höherer Punktschweißbarkeit und Hartlötbarkeit besitzt als die vorher beschriebenen Titanlegierungen, die üblicherweise für diese Artikel verwendet werden.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß Titanlegierung 0,05% bis 4% des Gewichts Ni, 0,05x bis 4x des Gewichts Cu, 1% oder weniger des Gewichts an gesamten Verunreinigungen wie z.B. O, N, H, Fe und Co, und an restlicher Menge im wesentlichen Ti enthält.
"S des Gewichts" bedeutet jeweils Gewichtsprozent".
In einer bevorzugten Ausführung enthält die Titanlegierung weiterhin 0,01% bis 1% des Gewichts Al.
Wie vorher bemerkt, enthält die Titanlegierung gemäß der Erfindung 0,05% bis 4% des Gewichts Ni. Wenn es in der Legierung in fester Lösung enthalten ist, verstärkt Ni die Ti Matrix und steigert dadurch die Elastizität der Legierung. Jedoch ist solch eine Verstärkung gänzlich unbedeutend, wenn ihr Anteil im Verhältnis knapp unter 0,05X des Gewichts abfällt. Wenn mehr als 4X des Gewichts enthalten sind, bildet Ni eine Verbindung mit Ti, welche die Legierung übermäßig erhärtet und als Folge die resultierende Bearbeitbarkeit sehr verschlechtert. In den Bedingungen Elastizität und Verformbarkeit der Legierung wurden optimale Ergebnisse erzielt, wenn das Gehaltsverhältnis in einem Bereich von 0,05% bis 4% des Gewichts liegt. Besonders sichert ein Bereich von 0,08 bis 2,5x des Gewichts ein ideales Ergebnis.
Gleichfalls trägt das Vorhandensein von Cu in der Legierung in fester Lösung dazu bei, die Elastizität zu erhöhen.
Jedes Gehaltsverhältnis unter 0,05X des Gewichts sichert keine signifikante Wirkung. Ein Gehaltsverhältnis über 4% des Gewichts fördert die Bildung einer Cu Verbindung mit Ti, was zu einer übermäßigen Härte führt, welche die Verformbarkeit der resultierenden Legierung ernstlich beeinträchtigt. Beste Wirkungen können erwartet werden, wenn Cu mit 0,05X bis 4% des Gewichts enthalten ist.
Besonders sichert ein Bereich von 0,06X bis 3% des Gewichts ein ideales Ergebnis.
Al ist ein &-Phase-Stabilisator. Ein übermäßiger Gehalts anteil beeinträchtigt die Bearbeitbarkeit der Legierung bei hohen Temperaturen. In der bevorzugten Ausführung der Erfindung ist 0,01% bis 1% des Gewichts Al in der Legierung enthalten, um die Höhe der Elastizität ohne eine signifikante Verschlechterung der Bearbeitbarkeit zu steigern. Vorzugsweise enthält die Legierung 0,02X bis 0,8% des Gewichts Al.
O, N, Fe und Co sind unvermeidbar als Verunreinigungen in der Legierung enthalten, deren Gesamtanteil vorzugsweise soklein wie möglich sein sollte. Die gewährbare Grenze des Gesamtanteils ist 1% des Gewichts. Jedes Gehaltsverhältnis über dieser Grenze beeinträchtigt die Bearbeitbarkeit und macht die Legierung ziemlich ungeeignet zum Schleifen.
Punktschweißbarkeit und Hartlötbarkeit der Legierung ist so gut wie die von reinem Ti, solange die Gehaltsanteile von Cu und Ni oder Cu, Ni und Al in den vorher beschriebenen Bereichen gewählt werden.
Mannigfaltige mechanische und verfahrenstechnische Eigenschaften der Titanlegierungen gemäß der Erfindung wurden durch eine Reihe von experimentellen Prüfungen im Vergleich mit reinem Ti und herkömmlichen Titanlegierungen bestätigt. Die erzielten Ergebnisse sind in den Tabellen 1 und 2 gezeigt.
Für jede Vergleichsmessung der mechanischen Eigenschaften wurde ein geradliniges Teststück von 3,Omm Außendurchmesser durch Vakuumschmelzen und walzen vorbereitet und dann zum Vergüten für 30 Minuten in einer hoch reinen Ar Gasumgebung 7000 C ausgesetzt.
Für Elastizitätsprüfungen wurde ein gewalzter Draht von 2,6 mm Außendurchmesser in ein Teststückband von 0,5 mm Dicke, 3,lmm Breite und 150mm Länge umgeformt. Ein Ende des Bandes wurde festgehalten und das andere Ende wurde so gepreßt, daß das Band über 30 oder 60 Grad gekrümmt wurde. Nach Entfernen des Druckes wurde der Rückfederungsprozentwert (Winkel der Erholung/Winkel der Biegung) berechnet. Die Größe des Biegemoments wurde auch geprüft. In Tabelle 2 zeigt das Zeichen " M " die Bildung von feinen Rissen beim Pressen an, während das Zeichen "+ " die Bildung von signifikanten Rissen beim Pressen anzeigt.
Für Punktschweißtests wurden zwei gewalzte Bänder von lmm Dicke und 30mm Breite übereinandergelegt und Punktschweißungen unterzogen, wobei beide Flächen durch hochreines Ar Gas abgeschirmt wurden, während eine Cr-Cu-Legierung-Elektrode von 3,5 mm Punktdurchmesser benutzt wurde. In Tabelle 2 zeigt das Zeichen "O" höchst vorzügliche Schweißungen an, das Zeichen "o" zeigt vorzügliche Schweißungen an , das; Zeichen " " " zeigt annehmbare SchweiNungen an und das Zeichen "x" zeigt unannehmbare Schweißungen an. Zwei Bedingungen wurden für die Punktschweißung verwendet. Laut der ersten Bedingung A war der Strom 6 000A, der Druck 300kg und der Betätigungszyklus 6. Laut der zweiten Bedingung B war der Strom 7500A, der Druck war 3000kg und der Betätigungszyklus 6.

TABELLE 1

Chemische Zusammensetzung Mechanische Eigenschaften

Probestück % des Gewichts Härte Längung Zugfestigkeit

(Gewichtsprozent)

(Hv) (%) (kg/nm²)

No Ni Cu Al O,N Ti

Fe, Co

1 - - - 0,2 99,8 200 29 50 III

2 0,5 0,06 - 0,2 99,28 210 27 53

3 1,0 0,06 - 0,2 99,98 225 26 55 I

4 2,0 0,06 - 0,2 97,98 240 23 57
5 3,0 0,06 - 0,2 96,98 248 22 58
6 5,0 0,06 - 0,2 94,98 285 16 68
Iv
7 - 0,06 - 0,2 99,94 205 29 51
8 2,0 0,5 - 0,2 97,5 243 22 57
9 2,0 1,0 - 0,2 97,0 249 21 58
10 2,0 3,0 - 0,2 95,0 259 ' 20 59
11 2,0 5,0 - 0,2 92,8 296 15 69 IV
12 0,5 0,06 0B02 0,2 99122 210 27 54
13 0X5 0,06 0,08 0,2 99,16 220 26 56
14 0,5 0,06 0,12 0X2 99,12 221 26 56
15 0,5 0,06 0,20 0,2 99>04 227 25 60
16 0,5 0,06 0,36 0,2 98,88 230 24 60 II
17 0,5 0,06 0,80 0,2 98,44 270 20 67
18 1,0 0,5 0,80 0,2 97,5 ' 272 18 68
19 1,0 0,8 0,80 072 97a2 275 18 68
20 1,0 1,0 0,80 0,2 97,0 277 18 68
21 2,0 0,5 0,80 0X2 96,5 278 17 69
22 2,0 0,8 0,80 0t2 96X2 280 17 69
23 2,0 1,0 0,80 0,2 96,0 280 17 69
24 2,0 3,0 0,80 0,2 94,0 300. 16 72
25 2,0 5,0 ' 0,80 0,2 92,0 325 ' 12 83
26 4,0 5,0 0,80 0,2 90,0 345 10 92
27 5,0 5,0 1,2 0,2 88,6 380 9 102 IV
28 6,0 5,0 1,2 0,2 8716 395 8 110
29 6,0 6,0 1f2 0,2 86,6 400 6 120
30 6%Al-4%V-Ti 320 16 96 V

Hinweis: I -- Grundkonzept II --- bevorzugte Ausführungsform III--- reines Ti IV--- Vergleichsbeispiel V -- herkömmliche Legierung TABELLE 2

Probe Federprüfung Punktschweißtest

stück

prozentige Rückfederung Biege- Bedingung Bedingung

(%) moment (kg cm)

No. 30% 60% 30° 60° A B

1 93 78 1,8 2,5 0 0 III

2 97 83 1,9 2,7 0 0

3 97 85 2,0 2,8 0 0 I

4 98 88 2,1 3,0 0 0

5 99 89 2,2 3,2 0 0

6 98 89 2,4 3,3 0 0

7 95 89 1,8 2,6 0 0 IV

8 99 92 2,2 3,2 0 -

9 99 93 2,3 3,3 0 0

10 99 95 2,3 3,4 0 0

11 100 97 2,5 3z8 o 0 * IV

12 96 88 2,0 3,0 o 0

13 95 88 2,0 3,0 0 0 II

14 95 88 2,0 3,0 ; o

15 94 88 2,0 3,1 0 0

16 95 88 2,0 3,1 o 0

17 95 89 2,0 3,2 o 0

18 95 89 2,0 3,2 0 0

19 95 89 2,0 3,2 o -

20 95 89 2,0 3,2 o 0 II

21 95 90 2,0 3,2 o 0

22 96 90 2,0 3,2 o 0

23 96 90 2,0 3,2 o 0

24 96 90 2,0 3,3 o 0

25 96 91 2,1 3,4 ° 0

26 96 91 2,1 3,6 a *

27 96 91 2,1 3,7 x # » IV

28 96 91 2,1 3,8 x #

29 96 91 2,1 3,8 x #

30 94 90 2,0 3,3 x # V

Hinweis: 1 --- Grundkonzept II --- bevorzugte Ausführungsform III --- reines Ti IV --- Vergleichsbeispiel V --- herkömmliche Legierung Die Daten der Tabelle 1 zeigen deutlich, daß die Titanlegierung gemäß der Erfindung verglichen mit der herkömmlichen Legierung (Probestück Nr.30) und mit Vergleichsbeispielen, welche Cu oder Al (Probestück 6, 11, 25 bis 29) im Übermaß enthalten, sehr viel reichhalter in der Bearbeitbarkeit einschließlich der Verformbarkeit ist, als Folge ihrer großen Längung oder Dehnung und niedrigen Zugfestigkeit. Sie ist härter als reines Ti, wie in Tabelle 1 gezeigt, und hat wie in Tabelle 2 angezeigt bei weitem zähere Elastizität als reines Ti.

Gänzlich verschieden von den Vergleichsbeispielen, welche im Übermaß Cu und Al enthalten, erzeugt sie keine Risse beim Pressen. Tabelle 2 veranschaulicht außerdem, daß die Titanlegierung gemäß der Erfindung signifikant besser in der Punktschweißbarkeit ist, insbesondere, wenn sie mit der herkömmlichen Legierung verglichen wird.
Infolgedessen ist die Titanlegierung gemäß der Erfindung besonders geeignet zum Gebrauch in der Herstellung von modischen Artikeln, wie z.B. Uhren und Brillengestelle.

Claims

Patentansprüche 7£- Titanlegierung zur dekorativen Anwendung, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß sie 0,05% bis 4X des Gewichts Ni, 0,05% bis 4% des Gewichts Cu, 1% oder weniger des Gewichts an gesamten Verunreinigungen, und an restlicher Menge im wesentlichen Ti enthält.
2. Titanlegierung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß sie weiter 0,01X bis 1,0% des Gewichts Al enthält.
3. Titanlegierung nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Verunreinigungen 0, N, H, Fe und Co enthalten.