DE4402684C2

DE4402684C2 - Verwendung einer ausdehnungsarmen Eisen-Nickel-Legierung

Info

Publication number: DE4402684C2
Application number: DE4402684A
Authority: DE
Inventors: Bodo Gehrmann; Angelika Kolb-Telieps; Ulrich Heubner
Original assignee: Krupp VDM GmbH
Current assignee: VDM Metals GmbH
Priority date: 1993-05-27
Filing date: 1994-01-29
Publication date: 2001-06-21
Anticipated expiration: 2014-01-30
Also published as: CN1099428A; JPH073401A; DE4402684A1; JP2694864B2; DE59410377D1; KR100266974B1; EP0626462A1; EP0626462B1; CN1036665C

Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung einer ausdehnungsarmen Eisenbasislegierung mit mindestens 34% Nickel.

Es ist bekannt, daß solche Eisenbasislegierungen mit etwa 36% Nickel einen niedrigen Ausdehnungskoeffizienten im Bereich zwischen Raumtemperatur und 100°C haben. Diese Legierungen werden deshalb schon seit einigen Jahrzehnten dort eingesetzt, wo auch bei Temperaturveränderungen konstante Längen gefordert sind, wie bei Präzisionsinstrumenten, Uhren, Bimetallen. Mit der Entwicklung der Farbfernsehgeräte in Richtung höherer Auflösung, Farbtreue und Kontraststärke auch bei ungünstigen Lichtverhältnissen und insbesondere im Hinblick auf die HDTV (High Definition Television)-Technik werden zunehmend Eisen-Nickel-Werkstoffe für Lochmasken eingesetzt. Technische Eisen-Nickel-Legierungen mit etwa 36% Nickel haben im Temperaturbereich von 20 bis 100°C, wie sie in herkömmlichen Fernsehröhren vorherrschen, im geglühten Zustand (30 min bei 950°C) einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von etwa 1,2 . 10^-6/K oder sogar noch darüber; im Temperaturbereich zwischen 20 und 200°C liegt ihr thermischer Ausdehnungskoeffizient bei etwa 2,2 . 10^-6/K oder darüber. Dieser Temperaturbereich bis herauf zu 200°C wird wegen der zunehmenden thermischen Belastung der Bildschirm-Lochmasken künftig sehr an Bedeutung gewinnen.

Der DE-A1 30 02 743 ist eine verbesserte Invarlegierung zu entnehmen, bestehend aus ca. 36% Ni, Rest Eisen, ggf. bis zu 0,1% C, bis zu 0,3% Si, bis zu 0,5% Mn, bis zu 0,025% P, bis zu 0,025% S, bis zu 0,5% Co, bis zu 0,5% Cr, bis zu 0,5% Mo und bis zu 0,02% Al als zulässige Zusätze und/oder Verunreinigungen. Bevorzugt soll sich der Ni-Gehalt sich zwischen 34,5 und 37,5% bewegen, der C-Gehalt höchstens 0,05% und der Mn- 1,2% betragen, sofern der S-Gehalt 0,005% und der Al-Gehalt 0,005% nicht überschreiten.

Der Werkstoff soll für den Bau von Containern und Ausrüstungen zum Einsatz gelangen und

- eine Beständigkeit des Gefüges in einem Temperaturbereich von bis zu -162°C ohne Verlust an Zähigkeit bei dieser Temperatur aufweisen
- möglichst geringe Veränderungen der Abmessungen innerhalb eines Temperaturbereiches von Zimmertemperatur bis -162% bei einem geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten innerhalb dieses Temperaturbereiches erfahren.

Durch die EP-A1 0567989 ist eine Schattenmaske, ein Verfahren zur Herstellung derselben sowie eine damit ausgerüstete Kathodenstrahlröhre bekannt geworden. Die Schattenmaske besteht aus einer Legierung folgender Zusammensetzung (in Masse-%): 30-40% Ni, Rest Eisen und unvermeidbarer Verunreinigungen, wobei die Schattenmaske einen Prozentsatz bezogen auf {100} von ≧ 85% in der gewalzten Oberfläche sowie eine faserartige Mikrostruktur quer zur Walzrichtung aufweist.

Aufgabe der Erfindung ist nun die Verwendung ausdehnungsarmer Eisen-Nickel- Legierungen mit dem Ziel eines möglichst geringen thermischen Ausdehnungskoeffizienten im Temperaturbereich von 20 bis 100°C für die herkömmlichen Fernsehröhren einerseits und im Temperaturbereich von 20 bis 200°C für künftige Gräte andererseits bei gleich guter Warm- und Kaltverformbarkeit, vorzuschlagen.

Diese Aufgabe wird einerseits gelöst durch die Verwendung einer ausdehnungsarmen Eisen-Nickel-Legierung mit (in Masse-%) max. 0,009% C, max. 0,07% Mn, max. 0,05% Si, max. 0,4% Al, 34-37,1% Ni, Rest Eisen und herstellungsbedingte Beimengungen, bei der das Verhältnis Eisen: Nickel = 1,75 bis 1,83 und der thermische Ausdehnungskoeffizient weniger als 1 × 10^-6/K beträgt, als Werkstoff zur Herstellung von Schattenmasken für Farbfernsehgeräte, die bei einer Temperatur von 20 bis 100°C eingesetzt werden.

Diese Aufgabe wird darüber hinaus auch gelöst durch die Verwendung einer ausdehnungsarmen Eisen-Nickel-Legierung mit (in Masse-%) max. 0,009% C, max. 0,07% Mn, max. 0,05% Si, max. 0,4% Al, 34-36,85% Ni, Rest Eisen und herstellungsbedingte Beimengungen, bei der das Verhältnis Eisen: Nickel = 1,68 bis 1,72 und der thermische Ausdehnungskoeffizient weniger als 2 × 10^-6/K beträgt, als Werkstoff zur Herstellung von Schattenmasken für Farbfernsehgeräte, die bei einer Temperatur von 20 bis 200°C eingesetzt werden.

Die Erfindung zieht ihre vorteilhafte Wirkung aus den angegebenen Eisen- Nickel-Verhältnissen. Ergänzt wird diese Wirkung auf den Ausdehnungskoeffizienten durch die gezielte Einstellung der vorstehend genannten weiteren Legierungsbestandteile und der herstellungsbedingten Beimengungen. Die erfindungsgemäße Legierung zeichnet sich darüberhinaus durch eine hervorragende Verarbeitbarkeit aus und verlangt bei der Produktion von Schattenmasken keine zusätzlichen Verfahrensschritte. Sie zeigt weiterhin eine den Bedürfnissen entsprechende Langzeitstabilität ihrer thermischen Eigenschaften.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist im Unteranspruch 3 gekennzeichnet. So werden Eisen-Nickel-Legierungen mit einem Summengehalt an Aluminium und Silizium von 0,075 bis 0,45% bevorzugt. Mit solchen Legierungen läßt sich der gewünschte niedrige thermische Ausdehnungskoeffizient im Temperaturbereich von 20 bis 100°C bzw. 20 bis 200°C zuverlässig einstellen.

Bei einem Mangangehalt von maximal 0,07% sollte neben maximal 0,05% Si der Aluminiumgehalt im Bereich von 0,1 bis 0,4% liegen. Eine weitere Optimierung ist dadurch möglich, daß der Aluminiumgehalt 0,15 bis 0,40%, vorzugsweise 0,2 bis 0,4% beträgt.

In der Eisen-Nickel-Legierung kann der Mangangehalt maximal 0,1% betragen, und es sollte neben 0,001 bis 0,01% Al ein Siliziumgehalt von 0,05 bis 0,30 % vorgesehen sein. Bevorzugt wird der Siliziumgehalt auf 0,10 bis 0,30, vorzugsweise 0,15 bis 0,30% eingestellt. Obwohl nach der herrschenden Meinung Silizium für die Einstellung eines geringen thermischen Ausdehnungskoeffizienten sehr abträglich sein soll, hat sich bei den Versuchen bei einem Übergewicht von Silizium gegenüber Aluminium wider Erwarten herausgestellt, daß innerhalb des durch die Erfindung insgesamt gesteckten Rahmens die Einstellung eines extrem geringen Ausdehnungskoeffizienten von weniger als 1 . 10^-6/K im Temperaturbereich von 20 bis 100°C bei zugleich guter Warm- und Kaltverformbarkeit sogar noch besser möglich ist, wenn man bei Anwesenheit von 0,05 bis 0,30% Al noch 0,15 bis 0,30% Si zusetzt.

In der folgenden Tabelle 1 sind Ausführungsbeispiele E1 mit etwa gleichen Gehalten an Silizium und Aluminium, E2 mit Übergewicht von Aluminium, E3 mit Übergewicht von Silizium mit Eisen-Nickel-Verhältnissen zwischen 1,75 und 1,83 für den Temperaturbereich zwischen 20 und 100°C und zwei Eisen- Nickel-Legierungen ST1 und ST2 nach dem Stand der Technik gegenübergestellt.

AK = mittlerer thermischer Ausdehnungskoeffizient für den Temperaturbereich 20 bis 100°C

Der mittlere thermische Ausdehnungskoeffizient der Legierung E1 bis E3 für den Temperaturbereich von 20 bis 100°C wurde nach 30 minütiger Glühung bei 950°C ermittelt. Er liegt damit um ca. 30% niedriger als bei den zum Stand der Technik gehörenden Legierungsbeispielen ST1 und ST2. Da der Werkstoff außerdem mit maximalen Oxidzeilen von 2.2 gemäß DIN 50602 matallurgisch sauber und hervorragend warm- und kaltverformbar ist, eignet er sich hervorragend zur Herstellung von Schattenmasken von Farbbildröhren.

In der nachfolgenden Tabelle 2 ist ein Ausführungsbeispiel E4 mit dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten für den Temperaturbereich von 20 bis 200°C den beiden Legierungen ST1 und ST2 gegenübergestellt.

AK = mittlerer thermischer Ausdehnungskoeffizient für den Temperaturbereich 20 bis 200°C.

Der thermische Ausdehnungskoeffizient der Legierung E4 für den Temperaturbereich von 20 bis 200°C wurde nach 30 minütiger Glühung bei 950°C ermittelt. Er liegt damit um ca. 20% niedriger als bei den zum Stand der Technik gehörenden Legierungsbeispielen ST1 und ST2. Da der Werkstoff außerdem mit maximalen Oxidzeilen von 2.2 gemäß DIN 50602 metallurgisch sauber und hervorragend kalt- und warmverformbar ist, eignet er sich hervorragend zur Herstellung von Schattenmasken für Farbbildröhren.

Claims

1. Verwendung einer ausdehnungsarmen Eisen-Nickel-Legierung mit (in Masse-%) max. 0,009% C, max. 0,07% Mn, max. 0,05% Si, max. 0,4% Al, 34-37,1% Ni, Rest Eisen und herstellungsbedingte Beimengungen, bei der das Verhältnis Eisen : Nickel = 1,75 bis 1,83 und der thermische Ausdehnungskoeffizient weniger als 1 × 10^-6/K beträgt, als Werkstoff zur Herstellung von Schattenmasken für Farbfernsehgeräte, die bei einer Temperatur von 20 bis 100°C eingesetzt werden.

2. Verwendung einer ausdehnungsarmen Eisen-Nickel-Legierung mit (in Masse-%) max. 0,009% C, max. 0,07% Mn, max. 0,05% Si, max. 0,4% Al, 34-36,85% Ni, Rest Eisen und herstellungsbedingte Beimengungen, bei der das Verhältnis Eisen : Nickel = 1,68 bis 1,72 und der thermische Ausdehnungskoeffizient weniger als 2 × 10^-6/K beträgt, als Werkstoff zur Herstellung von Schattenmasken für Farbfernsehgeräte, die bei einer Temperatur von 20 bis 200°C eingesetzt werden.

3. Verwendung einer Legierung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei der der Summengehalt von Aluminium + Silicium 0,075 bis 0,45 Masse-% beträgt für den Zweck nach Anspruch 1 oder 2.