DE68901701T2

DE68901701T2 - Verfahren zur formgebung schwierig zu bearbeitender legierter gegenstaende.

Info

Publication number: DE68901701T2
Application number: DE8989117250T
Authority: DE
Inventors: Shuji Hanada; Hironobu Hoshi; Senri Ikeda; Sakae Saito
Original assignee: Nippon Stainless Steel Co Ltd
Current assignee: Nippon Stainless Steel Co Ltd
Priority date: 1988-09-19
Filing date: 1989-09-18
Publication date: 1993-01-21
Anticipated expiration: 2009-09-19
Also published as: DE68901701D1; KR910006508A; JPH0480099B2; EP0361268B1; JPH0285327A; EP0361268A1; US5011545A; KR960005597B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Formstücks mit einer einheitlichen Legierungszusammensetzung aus schwierig zu bearbeitenden Legierungen, die zumindest teilweise intermetallische Verbindungen umfassen, um in einem industriellen Maßstab Stücke bzw. Gegenstände mit stabilen Qualitäten zu erzeugen.
Intermetallische Verbindungen besitzen die allgemeine Neigung, daß deren metallische Natur unter Herabsetzung der Bearbeitbarkeit bis zu einem gewissen Ausmaß verloren geht, wobei es außerordentlich schwierig ist, sie in die gewünschten Formen zu überführen.
In jüngster Zeit ist eine große Anzahl neuer Typen von Materialien, wie etwa superleitende bzw. supraleitende Materialien und Legierungen mit Formerinnerungsvermögen, entdeckt worden, wobei einige von ihnen aus intermetallischen Verbindungen hergestellt werden. Somit besteht ein Bedarf nach einem Verfahren, mit welchem intermetalllsche Verbindungen in die erwünschten Formen überführt werden können.
Unter den supraleitenden Materialien ist es von Nb&sub3;Sn, V&sub3;Ga, Nb&sub3;(Al0,8Ge0,2), Nb&sub3;Ge, Nb&sub3;Al bekannt, daß sie hohe Werte bezüglich des kritischen Magnetfelds, der kritischen Stromdichte und der kritischen Temperatur besitzen. Ebenso ist es von Legierungen, wie etwa Ni-Ti-, Ag-Cd-, Cu-Al-Ni-, Cu-Au-Zn-, Cu-Sn-, Cu- Zn-, Cu-Zn-X- (X = Si, Sn, Al), Cu-Zn-Y- (Y = Ca, Al), Ni-Al-, In-Tl-, Fe-Pt-, Fe-Pd - und Mn-Cu-Legierungen bekannt, daß sie die Fähigkeit haben, sich an die anfängliche Form zu erinnern und zu dieser Form zurückzukehren; d. h. sie werden als Form-Memory-Legierungen bzw. Legierungen mit Formerinnerungsvermögen oder Formgedächtnis bezeichnet. Intermetallische Verbindungen. wie etwa Zr&sub3;Al, werden zur Herstellung von Umhüllungen für Brennstoffpellets in Leichtwasserreaktoren verwendet. Intermetallische Verbindungen, wie etwa Ni&sub3;Al, Ti- Al, Co&sub3;Ti, Ti&sub3;Al, Mo&sub3;Si und Ni&sub2;AlTi sind ebenso als wärmebeständige Struktur - bzw. Baumaterialien geeignet. FeTi und LaNi&sub5; sind als Wasserstofflagerungslegierungen geeignet und FeCo und Fe&sub3;Al werden als magnetische Materialien eingesetzt.
Wie bereits erwähnt, ist keines dieser Materialien leicht zu bearbeiten und es ist äußerst schwierig, diese beispielsweise zu einem dünnen Draht zu formen. Tatsächlich ist es in einigen Fällen unmöglich, auf solchen Materialien eine mechanische Bearbeitung durchzuführen.
Daher wurden bislang folgende Verfahren angewandt, um längliche bzw. gedehnte Produkte, wie etwa eine Platte, einen Stab und einen Draht, herzustellen.
Im Falle intermetallischer Verbindungen, wie etwa TiNi und Ni&sub3;Al, ist es schwierig, eine plastische Verformung dieser Materialien durchzuführen. Da sie jedoch bis zu einem gewissen Ausmaß plastisch verformbar sind, wurden die gleichen Herstellungsverfahren wie für herkömmliche metallische Materialien angewandt. Zuerst wird eine Schmelze des Materials hergestellt und in eine Form zur Bildung von Gußstücken gegossen. Dann werden wiederholt Stufen des Temperns bzw. Glühens und des plastischen Verformens durchgeführt, um Gegenstände in Form von Platten, Stäben, Drähten und dergleichen zu bilden.
Diese Herstellungsverfahren sind jedoch teuer. Weiterhin kommt es zu einer unvermeidbaren Schwankung der Legierungszusammensetzung, welche durch das Fließen der Legierungselemente bei deren Überführung zu einer Schmelze verursacht wird, und weiterhin zu einer Segregation von Leglerungselementen, welche während der Verfestigung nach dem Gießen stattfindet, wodurch eine Verschlechterung der Eigenschaften des Materials resultiert.
Andererseits wurden im Falle intermetallischer Verbindungen, wie etwa Nb&sub3;Al, die schwierig zu bearbeiten und nicht plastisch deformierbar sind, die folgenden Verfahren zur Bildung eines Drahtes, wie etwa eines Nb&sub3;Al-Drahts, vorgeschlagen.
a) Wie In Fig. 10 gezeigt, wird eine Mischung aus Nb-Pulver und Al-Pulver der Extrusion unterzogen zur Bildung eines Barrens oder Blocks, der dann durch Ziehen weiterverarbeitet wird, beispielsweise zur Herstellung eines feinen Drahts. Der resultierende Draht wird dann einer thermischen Diffusionsbehandlung unterzogen unter Bildung eines Nb&sub3;Al umfassenden Drahts. Dies wird als pulvermetallurgisches Verfahren bezeichnet.
b) Wie in Fig. 11 gezeigt, wird pulverförmiges Nb einem isostatischen Druck zur Bildung eines Pulverpreßlings ausgesetzt, welcher dann gesintert wird. Der gesinterte Körper wird in ein Al-Schmelzbad eingetaucht, in welchem geschmolzenes Aluminium in den Körper penetriert, um einen zusammengesetzten Körper zu erzeugen, welcher dann extrudiert und mit einer geriffelten Walze gewalzt oder zur Erzeugung eines Draht es gezogen wird. Der Draht wird einer thermischen Diffusionsbehandlung zur Bildung eines Nb&sub3;Al umfassenden Drahts unterzogen. Dieses Verfahren wird als Infiltrationsverfahren bezeichnet.
c) Wie in Fig. 12 gezeigt, werden eine Nb-Platte und eine Al-Platte in einem stöchiometrischen Verhältnis, welches zur Überführung dieser in eine intermetallische Verbindung notwendig ist, laminiert. Die laminierte Platte wird dann eng in Form eines Blocks aufgerollt, welcher einer Zieh- und thermischen Diffusionsbehandlung unterzogen wird, um einen Nb&sub3;Al-Draht zu erhalten. Dieses Verfahren wird als das Jelly-Walzverfahren bezeichnet (siehe R. Bruzzese et al., IEEE Transactions on Magnetics, Band MAG-23, Nr. 2 (März 1987), 653-656).
d) Wie in Fig. 13 gezeigt, wird ein Al-Stab in eine Nb-Röhre eingesetzt, um eine rohrförmige Anordnung zu erzeugen, die dann zur Bildung eines Drahts extrudiert und gezogen wird. Der resultierende Draht wird einer thermischen Diffusionsbehandlung zur Bildung eines Nb&sub3;Al-Drahts unterzogen. Dieses Verfahren wird als das "Rohrverfahren" bezeichnet.
Diese Verfahren weisen die folgenden Nachteile auf:
I) Bei den in den Abschnitten a) und b) beschriebenen Verfahren sind, da es notwendig ist, Metallpulver und insbesondere sehr aktive Metallpulver zu handhaben, die folgende Nachteile unvermeidlich.
i) Das Pulver hat die Tendenz, Gas aus der Atmosphäre, insbesondere Sauerstoff, zu absorbieren. Diese Absorption erhöht den Gehalt an Verunreinigungen, wodurch eine Verschlechterung der Verformbarkeit resultiert. Nb kann leicht Sauerstoffgas absorbieren, wobei aufgrund einer Zunahme des Sauerstoffgehalts die plastische Verformbarkeit und die supraleitenden Eigenschaften beträchtlich herabgesetzt werden.
ii) Beim Kombinieren von Pulvern treten örtliche Konzentrationen auf und es ist schwierig, eine einheitliche Mischung der Pulver zu erhalten, woraus eine beträchtliche Schwankung in der Legierungszusammensetzung resultiert.
iii) Da sehr aktive Pulver gehandhabt werden, ist es notwendig, zur Vermeidung von Explosionen extrem vorsichtig zu sein.
iv) Nb-Pulver ist schädlich, wenn es in den menschlichen Körper eintritt.
Obwohl es notwendig ist, die Ausgangspulver so fein als möglich vorzusehen, um eine einheitliche Mischung der Pulver zu erhalten, bewirkt insbesondere die Feinheit des Pulvers Beschränkungen hinsichtlich der Abmessungen der Formgegenstände, da die Oberflächenoxidation um so größer ist, je feiner das Pulver ist.
II) Bei der Anwendung des oben beschriebenen Verfahrens c) kommt es beim Aufrollen leicht dazu, daß der Kern der Rolle locker ist. Wenn das Material dem Ziehen unterzogen wird, unterscheidet sich weiterhin der Metallfluß im Zentralbereich von dem in den Randbereichen (der Metallfluß im Zentralbereich ist gegenüber dem im Rand verzögert). Wenn daher die resultierende Anordnung zu Drähten geformt wird, weist der Zentralbereich des Querschnitts keine solche feine Struktur auf, die zur Erzielung der beabsichtigten Nb&sub3;Al-Zusammesetzung notwendig ist, nachdem eine thermische Diffusionsbehandlung durchgeführt worden ist. Wenn das oben beschriebene Verfahren d) angewandt wird, ist eine extrem hohe Reduktion erforderlich, um die feine Nb-Al-Struktur zu erhalten, die zur Erzielung von Nb&sub3;Al durch Diffusionsreaktion notwendig ist.
Somit sind die bekannten Verfahren zur Herstellung von Formgegenständen oder Formstücken aus schwierig zu bearbeitenden Metallen, wie etwa intermetallischen Verbindungen, teuer und nicht ausreichend zuverlässig. Weiterhin unterliegen solche Gegenstände einigen Beschränkungen hinsichtlich der Gleichmäßigkeit ihrer Legierungszusammensetzung sowie der Abmessungen, so daß es recht schwierig ist, diese in einem industriellen Maßstab herzustellen.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein effizientes und industrielles Verfahren zur Herstellung eines Formstücks mit einer gleichmäßigen Legierungszusammensetzung aus schwierig zu bearbeitenden Legierungen, die zumindest teilweise intermetallische Verbindungen umfassen, und insbesondere von aus intermetallischen Verbindungen hergestellten Formstücken vorzusehen. Solche Stücke oder Gegenstände werden als "schwierig zu bearbeitende Legierungsstücke" bezeichnet.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines solchen Formstücks mit einer einheitlichen Legierungszusammensetzung aus schwierig zu bearbeitenden Legierungen, die zumindest teilweise intermetallische Verbindungen umfassen, umfaßt die Stufen:
Herstellen eines Laminat-Teils, umfassend eine Vielzahl von Schichten aus verschiedenen Metallen in einem stöchiometrischen Verhältnis bezüglich der beabsichtigten Legierungszusammensetzung;
Teilen des Laminat-Teils in Stücke;
Kombinieren der Stücke zu einem Körper für die plastische Verformung;
Unterziehen des Körpers der plastischen Verformung unter Druck zur Bildung eines Stücks mit gegebener Gestalt und Abmessungen; und
Anwenden einer thermischen Diffusionsbehandlung auf das Stück.
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Stücks oder Gegenstands aus einem schwierig zu bearbeitenden Material;
Fig. 2(a) und (b) sind Fotografien, welche die Mikrostruktur eines Querschnitts in Querrichtung und eines Querschnltts in Längsrichtung eines dichten Stabes zeigen, welcher durch Kaltextrusion bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erhalten worden ist;
Fig. 3(a), (b) und (c) sind Fotografien, welche die Mikrostruktur dichter Stäbe zeigen, welche in unterschiedlichen Ausmaßen einer Bearbeitung unterzogen und durch Kaltextrusion, Walzen mit Rillenwalzen und Ziehen in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung erhalten worden sind;
Fig. 4 bis 6 sind Diagramme, welche die kritische Stromdichte (Jc) gegenüber dem angewandten Magnetfeld (B) für Nb&sub3;Al-Drähte zeigen, welche in einem Ausführungsbeisplel der Erfindung erhalten worden sind;
Fig. 7 ist ein Diagramm, welches das obere kritische Magnetfeld (Hc&sub2;) eines Nb&sub3;Al-Drahts zeigt, der in einem Ausführungsbeisplel der Erfindung erhalten worden ist;
Fig. 8(a) und (b) sind Fotografien, welche die Mikrostrukturen des Querschnitts eines dichten Stabes zeigen, der aus Scheibenstücken und willkürlich geformten Stücken in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung erhalten worden ist;
Fig. 9(a) und (b) sind Fotografien, die jeweils die Mikrostruktur dichter Stäbe zeigen, die in unterschiedlichen Ausmaßen einer Bearbeitung unterzogen und aus willkürlich geformten Stücken durch Kaltextrusion, Walzen und Ziehen in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung erhalten worden sind;
Fig. 10 ist eine Darstellung eines herkömmlichen pulvermetallurgischen Verfahrens;
Fig. 11 ist eine Darstellung eines herkömmlichen Infiltrationsverfahrens;
Fig. 12 ist eine Darstellung eines herkömmlichen Jelly-Walzverfahrens;
Fig. 13 ist eine Darstellung eines herkömmlichen Rohrverfahrens.
Die vorliegende Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Fig. 1 zelgt schematisch ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Gegenstands aus einem schwierig zu bearbeitenden Metall, das zumindest teilweise intermetallische Verbindungen umfaßt. Gemäß dem abgebildeten Verfahren werden Metallbestandteile, welche eine beabsichtigte Legierung oder eine intermetallische Verbindung bilden (nachfolgend als Bildungsmetalle bezeichnet), zuerst in Form einer Platte zusammengefügt oder laminiert, um einen Rohling herzustellen, der eine Form aufweist, die leicht zu bearbeiten ist und die jeden der Bestandteile in einem geeigneten Verhältnis enthält, beispielsweise in einem stöchiometrischen Verhältnis im Falle intermetallischer Verbindungen. Die Gesamtdicke des zusammengefügten Rohlings beträgt vorzugsweise 0.01-5 mm. Je dünner der Rohling ist, desto geringer ist der Grad der erforderlichen Bearbeitung. Wenn die Anordnung aus leicht zu bearbeitenden Metallen oder reinen Metallen und nicht aus intermetalllschen Verbindungen oder schwierig zu bearbeitenden Metallen zusammengesetzt ist, d. h. aus Metallen, bei denen eine thermische Diffusion noch nicht stattfinden muß, ist der Rohling verformbar und kann leicht bearbeitet werden, selbst in einem hohen Bearbeitungsausmaß.
Fig. 1 zeigt ein Verfahren, bei dem ein Walz-Plattierungsverfahren für die Zusammensetzung des Rohlings angewandt wird. Zu diesem Zweck können ebenso andere Verfahren, wie etwa Plattieren, Dampfabscheidung, Stauchen, Sprengung, Metallschmelzsprühen, Zementieren oder Backen und Ionenplattierung eingesetzt werden. Der laminierte Rohling muß nicht die Form einer Platte haben, so daß beliebig andere Formen, wie etwa ein Stab oder eine Stange, verwendet werden können. Weiterhin wird beim Laminieren der Bildungsmetallteile ein aktives Metallteil vorzugsweise an einer inneren Stelle als Kern angeordnet, um ein sandwichförmiges Laminat zu bilden.
Der so hergestellte Laminatrohling wird dann in Stücke zerhackt oder geschnitten. Der Rohling kann gestanzt werden, um scheibenförmige Stücke zu erhalten. Die zerhackten Stücke können rechtwinklig, wie in Fig. 1 gezeigt, kreisförmig, elliptisch, dreieckig, polygonal oder sternförmig sein oder irgendeine andere erwünschte Form haben. Die maximale Abmessung (Durchmesser, Seite oder Diagonale) der Stücke beträgt vorzugsweise 1-50 mm. Die Abmessungen der Stücke können in Übereinstimmung mit der Kapazität beispielsweise einer Preßvorrichtung gewählt werden, die in der nachfolgenden Stufe eingesetzt wird, um die Stücke zur Bildung eines Gegenstands zu verdichten. D. h., die Größe der Stücke wird so gewählt, daß die Stücke beim Bearbeiten dicht genug gepackt werden können, damit die Bildungsmetalle ineinander diffundieren, wenn der resultierende verdichtete Körper der thermischen Diffusion ausgesetzt wird.
Die so hergestellten Stücke werden kombiniert und durch Extrusion, Walzen und andere Verfahren in die gewünschte Form überführt. Wenn das Bearbeitungsausmaß in geeigneter Weise gewählt wird, besitzt der resultierende extrudierte oder gewalzte Gegenstand bezüglich der Bildungsmetalle insgesamt eine beabsichtigte Zusammensetzung und zeigt im wesentlichen keine Segregation.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist es bevorzugt, eine Extrusion anzuwenden, da während der Extrusion die zerhackten Stücke aufgrund zusätzlicher Scherverformung weiterhin fest miteinander vereinigt und in der Extrusionsrichtung orientiert werden.
Ein bearbeiteter Gegenstand besitzt eine feine und gleichmäßige Struktur. Bevor er der thermischen Diffusion ausgesetzt wird, wird keines der Bildungsmetalle umgesetz, so daß der verdichtete Körper leicht einer weiteren Bearbeitung unterzogen werden kann.
Es ist wünschenswert, daß die Stücke zuerst in eine Hülle, wie etwa ein Hohlrohr, gepackt werden. Die bepackte Hülle kann in einen Behälter für die Extrusion eingebracht und dann zu einem Stab oder einer Platte extrudiert werden. Die vereinigten Stücke können ebenso direkt in den Behälter eingebracht und dann extrudiert werden.
Das spezielle Material (beispielsweise ein Metall oder eine Legierung) zur Herstellung der Hülle kann mit Rücksicht darauf ausgewählt werden, ob es eine Verformungsbeständigkelt im gleichen Ausmaß wie die zerhackten Stücke besitzt und ob es chemische Eigenschaften aufweist, die von denen der zerhackten Stücke verschieden sind, da es bei Bedarf durch einen chemischen Prozeß (Korrosion, Verdampfung etc.) leicht entfernbar sein muß.
Weiterhin können die resultierenden dichten Körper, falls notwendig, gesammelt und dann zu einem Gegenstand mit gewünschter Form und Abmessungen verformt werden. Da die gesammelten Körper noch nicht einer thermischen Diffusion unterzogen worden sind und da jeder dichte Körper mit anderen gemischt ist, ist es sehr leicht, mit den gesammelten Körpern eine plastische Bearbeitung durchzuführen.
Der verformte dichte Gegenstand mit einer endgültigen Form und Abmessungen wird dann als letzte Stufe der Verarbeitung einer thermischen Diffusion unterzogen. Wenn eine Wärmebehandlung angewandt wird, diffundiert jedes der Bildungsmetalle, um die Legierungszusammensetzung des Körpers gleichmäßig zu gestalten, wodurch die Bildung intermetallischer Verbindungen (Legierungen) in einem erwünschten Verhältnis resultiert.
Die Bedingungen, unter denen die thermische Diffusion durchgeführt wird, unterliegen keinen speziellen Beschränkungen, solange eine intermetallische Verbindung gebildet wird. Die thermische Diffusionsbehandlung kann in zwei Stufen durchgeführt werden, nämlich zuerst bei einer hohen Temperatur über eine kurze Zeit und danach bei einer niedrigen Temperatur über eine lange Zeit.
Somit kann gemäß der vorliegenden Erfindung ein Gegenstand mit einer erwünschten Form und Abmessungen, der zumindest teilweise aus schwierig zu bearbeitenden Legierungen aufgebaut ist, leicht und effizient hergestellt werden.
Einige der Vorteile der vorliegenden Erfindung sind die folgenden.
1) Es tritt keine Segregation auf, die normalerweise bei herkömmlichen Verfahren einschließlich dem Schmelzen und Gießen vorkommt.
2) Es ist keine so große Zahl von Temper- bzw. Glühbehandlungen wie bei herkömmlichen Verfahren während der Durchführung der plastischen Verformung erforderlich.
3) Es kommt zu keiner wesentlichen Abweichung der Legierungszusammensetzung von der beabsichtigten Zusammensetzung, welche bei einem herkömmlichen Verfahren aufgrund des Fließens von Legierungselementen während des Schmelzens auftritt.
4) Es kommt zu keiner Verunreinigung durch Gase, wie etwa Sauerstoff, die manchmal auftritt, wenn ein metallisches Pulver als Ausgangsmaterial verwendet wird. Eine solche Verunreinigung mit Gas resultiert in einer Änderung der Legierungszusammensetzung und einer Herabsetzung der Bearbeitbarkeit.
5) Es ist eine einheitliche Zusammensetzung erzielbar. Wenn eine Mischstufe für metallisches Pulver angewandt wird, ist eine lokale Konzentration einiger Bestandteile unvermeidlich, wodurch eine Legierung mit ungleichmäßiger Zusammensetzung resultiert.
6) Es besteht keine Notwendigkeit für pulverförmige Materialien, die vorsichtig gehandhabt werden müssen, um Explosionen und eine Inhalation der Pulver durch Menschen zu vermeiden.
7) Die Verfahrensstufen sind sehr einfach und die Herstellungskosten können beträchtlich reduziert werden.
8) Es kann ein zusammengesetzter Gegenstand hergestellt werden, wenn die Hülle aus einem zu den Bildungsmetallen des Körpers verschiedenen Metall hergestellt ist und auf dem Körper nach der Bearbeitung verbleibt.
9) Ein länglicher Gegenstand mit einer Vielfalt verformter Abschnitte kann durch Extrusion unter Verwendung geeigneter Werkzeuge hergestellt werden.
10) Da die zerhackten Stücke, die als Ausgangsmaterial verwendet werden, eine erwünschte Legierungszusammensetzung aufweisen können, können feine Drähte und Folien durch Verformung unter Druck, wie etwa Extrusion, indem Trenn- oder Ablöseelemente zwischen jeden der zusammengesetzten Körper eingefügt werden, hergestellt werden.
11) Zerhackte oder zerschnittene Stücke können im voraus zusammengefügt werden, so daß eine kontinuierliche Herstellung langer Gegenstände bzw. Stücke durchgeführt werden kann.
12) Es ist möglich, einen feinen Nb&sub3;Al-Draht und Nb&sub3;(Al,Ge)-Draht in wirksamer Weise in industriellem Maßstab zu erzeugen. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kann ein supraleitender Draht mit einer kritischen Stromdichte inbezug auf äußere Magnetfelder, die wesentlich höher ist als die, welche durch ein pulvermetallurgisches Verfahren erhalten wird, erzielt werden.
Die vorliegende Erfindung wird in Verbindung mit einer Anzahl von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Beispiele

Beispiel 1

Bei diesem Beispiel wurde ein Nb&sub3;Al-Draht hergestellt.
Wie in Fig. 1 gezeigt, wurde eine Nb-Platte mit einer Dicke von 1,015 mm zwischen zwei Al-Platten mit einer Dicke von je 0.165 mm unter Erhalt einer Sandwichstruktur eingefügt. Die resultierende Zusammenstellung wurde zur Bildung einer Al-Nb-Al-Plattierplatte einer Dicke von 0,20 mm (Atomverhältnis Nb:Al = 3:1) gewalzt.
Die Plattierplatte wurde dann in Stücke von etwa 10 x 10 mm zerhackt. 138 g der Stücke wurden in einen 8-2 Messing-Zylinderbehälter (40 mm Durchmesser) gepackt, um einen Block für die Extrusion herzustellen. Die Verdichtung wurde unter Anwendung von Verdichtungslasten von 25 t, 20 t und 10 t durchgeführt, um drei verschiedene Blöcke herzustellen. Die Blöcke wurden unter Anwendung eines Extrusionsverhältnisses von 5 bei einer maximalen Extrusionslast von 185 t der Extrusion unterzogen. Es wurden dichte Stäbe mit einem Durchmesser von 18 mm erhalten.
Quer- und Längsquerschnitte der extrudierten Stäbe wurden untersucht. Fotomikrografien der Querschnitte sind in den Fig. 2(a) und 2(b) gezeigt.
Die extrudierten Stäbe wurden dann mit gerillten Walzen gewalzt und danach gezogen, um den Stabdurchmesser von 18 mm auf 6,2 mm (einschließlich der Hüllendicke) zu reduzieren. Nach Entfernung der Hülle aus 8-2 Messing wurde eine andere Hülle aus S35C-Stahl (0,35 % Kohlenstoff enthaltender Stahl, der einer Patentierbehandlung unterzogen worden ist) verwendet, um das Ziehen durchzuführen. Die Hülle besaß einen anfänglichen Außendurchmesser von 9.5 mm. Dieser wurde durch Ziehen auf 0,2 mm reduziert, während der Stabdurchmesser zur Bildung eines Drahtes von 4,7 mm auf 0,1 mm verringert wurde.
Fotomikrografien des Querschnitts der resultierenden Drähte, welche unterschiedlichen Bearbeitungsgraden unterzogen worden sind, sind in den Fig. 3(a)- 3(c) gezeigt. Der Grad oder das Ausmaß der Bearbeitung der Drähte in den Fig. 3(a)-3(c) ist das Verhältnis der Anfangsquerschnittsfläche zur Querschnittsfläche nach der Bearbeitung. Es ist notwendig, die Struktur zu verfeinern, um in wirksamer Weise die beabsichtigte intermetallische Verbindung aus Nb&sub3;Al zu bilden. Man geht davon aus, daß die intermetallische Verbindung aus Nb&sub3;Al leicht und in wirksamer Weise gebildet werden kann, wenn der Nb-Teil hiervon eine Größe von weniger als 1 um aufweist.
Nach Entfernung der Hülle wurde ein Endprodukt in Form eines Nb-Al-Drahts erhalten. Dieser wurde dann verschiedenen Wärmebehandlungen unterzogen, um eine intermetallische Nb&sub3;Al-Verbindung zu bilden. Die Wärmebehandlung wurde in zwei Stufen durchgeführt. Die erste Stufe war eine Behandlung bei einer hohen Temperatur über eine kurze Zeit und die zweite Stufe war eine Behandlung bei einer niedrigen Temperatur über eine lange Zeit. Der Zweck der ersten Stufe bestand darin, Nb mit Al umzusetzen zur Bildung einer Nb&sub3;Al-Verbindung vom Nahbereich-A15-Typ. Die zweite Stufe wurde durchgeführt zur Erzielung der Ordnung der Nahbereichsverbindung zur Bildung einer Nb&sub3;Al-Verbindung vom Fernbereichs-A15-Typ, der wesentlich verbesserte Supraleitungseigenschaften besitzt.
Die Supraleitfählgkeit der resultierenden Drähte aus den intermetallischen Verbindungen wurde gemessen. Die Ergebnisse sind in den Fig. 4 - 7 zusammengefaßt. Die Fig. 4 - 6 zeigen die kritische Stromdichte (Jc) und Fig. 7 zeigt das obere kritische Magnetfeld (Hc&sub2;), welches unter Anwendung des Kramer-Plotting-Verfahrens gefunden wurde.
Unter Verwendung der in den Fig. 4 - 7 gezeigten Werte können die Eigenschaften eines typischen Nb&sub3;Al-Drahts, der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhalten wurde, quantitativ wie folgt beschrieben werden:
Wärmebehandlung bei 1000ºC während 1 Minute und danach bei 750ºC während 4 Tagen:
Kritische Temperatur (Tc): 17 K (-256ºC)
Kritische Stromdichte (Jc): 3 x 10&sup4; A/cm² (externes Magnetfeld 15 Tesla bei 4,2 K)
Oberes kritisches Magnetfeld (Hc&sub2;): etwa 25 Tesla (extrapolierter Wert gemäß Kramer-Plotting)
Diese Eigenschaften sind vergleichbar mit denjenigen eines Nb&sub3;Al-Drahts, der durch das herkömmliche Infiltrationsverfahren, wie durch in Fig. 4 gezeigt erhalten wird.
Somit ist zu ersehen, daß es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich ist, kontinuierlich einen extrem feinen Draht aus einem schwierig zu bearbeitenden Material, d. h. aus einer intermetallischen Nb&sub3;Al-Verbindung, in einfacher und wirksamer Weise in industriellem Maßstab herzustellen.

Beispiel 2

Bei diesem Beispiel wurde ein NiTi-Draht hergestellt.
Eine Ti-Platte wurde zwischen zwei Ni-Platten unter Ausbildung einer Sandwichstruktur eingefügt, um eine Laminatanordnung herzustellen. Die Anordnung wurde zur Bildung eines Ni-Ti-Ni-Laminats mit einer Dicke von 0,3 mm (Atomverhältnis von Ni:Ti = 50:50) gewalzt.
Aus dem Laminat wurden Scheiben (10 mm Durchmesser) ausgestanzt und das verbleibende Laminat mit den Stanzlöchern wurde in Stücke mit Zufallsformen geschnitten. Diese Formen wurden in einen 8-2 Messing-Zylinderbehälter (40 mm Durchmesser) gepackt. Nach dem Packen wurde der Preßling einem Druck von 15 t während 3 Minuten ausgesetzt, um einen Block für die Extrusion herzustellen. Unter Anwendung eines Extrusionsverhältnisses von 5 wurde eine Kaltextrusion durchgeführt, um einen dichten Stab mit einem Durchmesser von 18 mm zu erhalten.
Die Fig. 8(a) und 8(b) sind Mikrofotografien eines Querschnitts des resultierenden dichten Stabes. Fig. 8(a) zeigt einen Stab, der aus Scheiben hergestellt ist und Fig. 8(b) zeigt einen Stab, der aus Stücken mit Zufallsformen hergestellt ist. Aus diesen Figuren ist zu ersehen, daß die Struktur von der Form der Stücke abhängt. Aus den Stücken mit Zufallsformen ist es möglich, eine Legierung mit Formerinnerungsvermögen mit einer gleichmäßigen Struktur und verbesserten Formerinnerungseigenschaften zu bilden. Wenn die Bearbeitung wiederholt durchgeführt wird, ist es möglich, die Struktur gleichmäßiger zu gestalten. Dies ergibt sich aus den Fig. 9(a) und 9(b), welche Mikrofotografien eines Querschnitts von Legierungsstäben zeigen, welche aus den Stücken mit Zufallsformen unter Anwendung unterschiedlicher Bearbeitungsgrade hergestellt wurden. Wenn das Bearbeitungsverhältnis hoch ist, ist es möglich, eine gleichmäßige Legierung herzustellen.
Die so erhaltenen Stäbe wurden dann der Walzung mit gerillten Walzen unterzogen zur Bildung eines Drahts mit 3 mm Durchmesser. Nach dem Tempern (450ºC x 15 Minuten) wurde die Hülle aus 8-2-Messing entfernt und der Stab in eine andere Hülle aus Kohlenstoffstahl mit einem Durchmesser von 9,4 mm eingesetzt. Der Stab innerhalb der Hülle wurde dann einer Walzung mit gerillten Walzen unterzogen, während das Ziehen durchgeführt wurde, um einen Draht von 0,2 mm Durchmesser herzustellen.
Nach dem Ziehen wurde die Hülle unter Verwendung von Salpetersäure entfernt. Der verbleibende Ti-Ni-Draht wurde im Vakuum einer thermischen Diffusionsbehandlung bei 850ºC während 80 Minuten ausgesetzt, um eine intermetallische TiNi-Verbindung zu bilden, danach wurde er im Vakuum einer Formerinnerungsbehandlung bei 400ºC während 40 Minuten unterzogen.
Die Formerinnerungseigenschaften des resultierenden TiNi-Drahts wurden gemessen. Die Formerinnerungseigenschaften der Legierung waren zufriedenstellend und ihre Formerinnerungstemperatur, d. h. Transformationstemperatur, wurde mit 65ºC bestimmt.
Somit ist es möglich, einen aus schwierig zu bearbeitenden Materialien, wie etwa einer intermetallischen TiNi-Verbindung zusammengesetzten Gegenstand in einfacher und wirksamer Weise in industriellem Maßstab herzustellen.
Obwohl die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen beschrieben worden ist, versteht sich, daß Variationen und Modifikationen durchgeführt werden können, ohne vom Konzept der vorliegenden Erfindung, wie es in den Ansprüchen definiert ist, abzuweichen.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Formstücks mit einer einheitlichen Legierungszusammensetzung aus schwierig zu bearbeitenden Legierungen, die zumindest teilweise intermetallische Verbindungen umfassen, umfassend die Stufen:

Herstellen eines Laminat-Teils, umfassend eine Vielzahl von Schichten aus verschiedenen Metallen in einem stöchiometrischen Verhältnis bezüglich der beabsichtigten Legierungszusammensetzung;

Teilen des Laminat-Teils in Stücke;

Kombinieren der Stücke zu einem Körper für die plastische Verformung;

Unterziehen des Körpers der plastischen Verformung unter Druck zur Bildung eines Stücks mit gegebener Gestalt und Abmessungen; und

Anwenden einer thermischen Diffusionsbehandlung auf das Stück.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Laminat-Teil die Form einer Platte besitzt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Laminat-Platte durch Walzen einer Gruppe aus einer Vielzahl von Platten hergestellt ist.

4. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Laminat eine Al-Platte-Nb-Platte-Al- Platte mit einem Atomverhältnis von Nb : Al = 3 : 1 umfaßt.

5. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Laminat-Platte eine Ni-Platte-Ti- Platte-Ni-Platte mit einem Atomverhältnis von Ni : Ti = 50 : 50 umfaßt.

6. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Laminat-Teil durch Schneiden in Stücke geteilt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Laminat-Teil durch Stanzen in Stücke geteilt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Stücke rechteckig, kreisförmig, elliptisch, dreieckig, polygonal oder sternförmig sind.

9. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die plastische Verformung mittels Extrusion oder Walzen oder Ziehen oder einer Kombination hiervon durchgeführt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 1. wobei die thermische Diffusion unter Bedingungen ausgeführt wird, die zur Bildung einer intermetallischen Verbindung ausreichend sind.