NO123761B - - Google Patents

Description

Fremgangsmåte ved fremstilling av legeringer på

TiNi-basis.

Det har hittil vært utviklet flere metoder i et forsok på å

kunne anvende elektrisk induksjonssmelting med de derved forbundne fordeler ved blanding og rensing såvel som temperaturkontroll i forbindelse med smelting og fremstilling av legeringer inneholdende meget reaktive metallkomponenter, som f.eks. Ti, Zr, Hf, Ce, La osv. Hittil har imidlertid induksjonssmeltingen ikke kunne anvendes på grunn av den hurtige reaksjon mellom en eller flere av disse reaktive metallkomponenter og den for smeltingen benyttede beholder eller digel. Som folge derav må andre legeringsmetoder med dertil for-

bundne ulemper anvendes for slike reaktive metall-legeringer. Endel av disse kjente metoder omfatter lysbuesmelting både av den forbrukbare og den ikke-forbrukbare type ved anvendelse av en uak-tiv vann-avkjolt kobberdigel for smeiten.. En annen kjent metode, den såkalte "levitasjonssmelting", som:benytter elektrisk induksjon for både å smelte og suspendere den smeltede legering i det induserte felt, kan ikke anvendes i okonomisk målestokk selv om den gir meget rene legeringer. ' '

Som en folge av dette har fremstilling av legeringer av TiNi-typen eller lignende legeringer vært begrenset til en eller annen form for forbrukbar eller ikke-forbrukbar lysbuesmeltemetode. Det skal her bemerkes at uttrykket "legeringer av TiNi-typen" omfatter mange andre legeringer som f.eks. TiCo, Ti Fe, TiNixCo-^_x, • TiNi X Fe-X , ~ X , TiCo X Fe-X , — X osv. Selv om lysbuesmelting idag anvendes• ved smelting av legeringer både på titan- og zirkoniumbasis, er gjentatte smeltinger nodvendige for å kunne fremstille kjemisk homogene legeringer. Den nevnte fornyede smelting har spesielt vist seg å være nodvendig ved fremstilling av homogene legeringer på TiNi-basis.

En annen fremgangsmåte som har vært foreslått for fremstilling av en legering på TiNi-basis, er beskrevet i norsk patentskrift nr. 115.500. Den deri beskrevne fremgangsmåte, hvorved nikkel forst smeltes i en MgO-digel (med hoy renhetsgrad) og hvorefter titan tilfores direkte til den smeltede nikkel, gir meget gode resultat. Imidlertid kan ikke den smeltede TiNi-legering holdes i MgO-diglen uten at den blir forurenset med oxygen som skriver seg fra nedbrytning av MgO-diglen. Som en folge av dette er det ved anvendelse av denne metode nodvendig med en hurtig viderebehandling efter tilsetningen av titanet. På den annen side kan en hurtig viderebehandling by på problemer ved fremstilling i okonomisk målestokk hvor store beskikninger benyttes.

Foreliggende oppfinnelse angår derfor en fremgangsmåte ved fremstilling av legeringer på Ti-Ni-basis ved smelting av metallkomponentene titan og nikkel i en smeltebeholder bestående av et materiale, særlig grafitt, som kan reagere.med metallkomponentene og derved forårsake forurensninger i den ferdige legering, idet beholderen fortrinnsvis oppvarmes ved induksjonsoppvarming, og frem-gangsmåten er særpreget ved at det i smeltebeholderen for tilforselen av metallkomponentene innfores en mindre mengde ferdigfremstilt TiNi-legering, idet denne legeringsmengde enten er forsmeltet eller bringes til smelting og metallkomponentene derefter ved. en forutbestemt temperatur over den ferdigfremstilte legerings smeltepunkt bringes til å sammensmelte med den på forhånd tilforte legeringsmengde hovedsakelig uten a-t smelting av metallkomponentene finner sted i direkte kontakt med beholderveggene, hvorefter smeiten utstopes.

Ved en foretrukken utforelsesform av foreliggende fremgangsmåte foretas tilforselen av metallkomponentene til den smeltede legeringsmengde i selve beholderen. Derved unngås foruten forurensning fra smeltebeholderen også forurensning fra omgivelsene.

Det foretrekkes ved den foreliggende fremgangsmåte å anvende

en grafittdigel som smeltebeholder da en slik digel har vist seg særlig holdbar -og temperaturbestandig ved fremstilling av legeringer av den nevnte type,, og idet det derved unngås at' forurensninger oppstår som folge av termisk og mekanisk nedbrytning av beholderen.

Det er kjent fra U.S. patentskrift nr. 31300^5 ved lysbuestoping å fremstille intermetalliske forbindelser ved samtidig -omsetning av elementære metaller under utvikling av.store varmemengder.-

Denne kjente, fremgangsmåte;er beheftet med visse begrensninger

som gjor at den ikke med fremgang vil kunne anvendes, for fremstilling av TiNi-baserte legeringer med kontrollert sammensetning, dvs. slike intermetalliske forbindelser som fremstilles ved den foreliggende fremgangsmåte.

Det anvendes ifolge den foreliggende fremgangsmåte et forlegert utgangsmateriale for dannelse av en forste. smeltet dam, hvorefter chargen smeltes ned i denne legeringsdam. Ved den kjente fremgangsmåte dannes derimot forste dam ved smelting av de elementære metaller i kontakt med grafitt. STvis denne fremgangsmåte var blitt anvendt i forbindelse med TiNi, ville en omsetning av både Ti med C. og Ni med C under dannelse av carbider forekomme. Dette ville ha gitt

err uforutsibar legeringssammensetning.

Omkostningene ved den kjente fremgangsmåte er også betydelige.

Det er nodvendig at minst ett av de elementære materialer foreligger i smidd tilstand, som f.eks. valsetråd etc. Dersom et av elementene ikke kan bearbeides til en smidd form, holdes det i et ror av det annet element. Foreliggende fremgangsmåte er ikke så okonomisk begrenset. Ved denne kan forskjellige former av de elementære metaller (Ni, Ti og Co etc.) anvendes og kombineres mekanisk på forskjellige måter.

Undersokelser og forsok har vist at Ti eller Ni i fri tilstand reagerer med en grafittdigel. Imidlertid har .omtrentlig ekviatomære TiNi-legeringer (basert vesentlig på TiNi-basen) en forholdsvis lang-som opplosningshastighet og en begrenset opploselighet for carbon. Disse praktisk talt stokiometriske TiNi-baserte legeringer opptar bare litt carbon i opplosning når legeringene bringes i kontakt med grafitt, og som regel'ikke mer enn 0,0<*>+ vekt%, og carboninnholdet okes ikke selv om de smeltede TiNi-baserte legeringer holdes smeltet i en grafittdigel i lengre tid enn 1 time.

Ifolge .en foretrukken utforelsesform av foreliggende fremgangsmåte trekkes det fordel av denne oppdagelse av den langsomme opplosningshastighet og begrensede opploselighet av cirka ekviatomære TiNi-legeringer for carbon, idet en grafittdigel beskikkes på en 'slik måte at direkte kontakt mellom Ti og Ni og grafittdiglens vegger forhindres.

Det er innlysende at det er fordelaktig ved produksjon i okonomisk skala å kunne behandle de smeltede legeringer ved den nevnte fremgangsmåte over lengre tidsrom. Fordelene gjor aeg blant annet gjeldende med hensyn til blanding, sammensetningsregulering, rensing osv. Den svært begrensede mengde TiC-partikler i TiNi-grunnmassen som fås ved å benytte foreliggende fremgangsmåte,.er ensartet dispergert og befinner seg langt fra hverandre og er uten betydning og kan fullstendig sees bort fra'for alle praktiske formål.

Av tegningene viser fig. la og fig. lb skjematiske fremstillinger av to ekstremt mulige, tilfeldige fordelinger av Ti og Ni som fåes ved tilfeldig beskikning av komponentene i grafittdiglen.

Fig. 2a, 2b og 2c er skjematiske fremstillinger som viser 3 forskjellige utforelsesformer av chargeringsmétoder som kan benyttes i forbindelse med foreliggende fremgangsmåte for å gjore den direkte kontakt mellom fritt Ti og Ni og grafittdiglen så liten som mulig ved induksjonssmelting.

Fig. 3& og 3b viser skjematisk to mulige feil som kan oppstå ved beskikningen, men som kan unngås ved å benytte foreliggende fremgangsmåte. Fig. h viser diagrammatisk omdannelsestemperaturen som en funk-sjon av sammensetningen til en legering på TiNi-basis. Fig. 5 er et diagram som viser storkningsområdet for forskjellige legeringssammensetninger på TiNi-basis.

A legere Ti og Ni i en grafittdigel for TiNi-forbindelsen dannes, kan fore til ikke-reproduserbare sammensetninger dersom det ikke tas spesielle forholdsregler i forbindelse med tilforselen av komponentene til grafittdiglen. Flg. la og lb som illustrerer to statistisk ekstreme forhold, viser betydningen av at beskikningen foretas som foreslått ifolge foreliggende oppfinnelse. På fig. la er en overveiende mengde Ti i kontakt med grafitt som gir en stor mengde TiC for den gjenværende mengde Ti og Ni kan legeres under dannelse av den forholdsvis ureaktive TiNi. På fig. lb er en overveiende mengde Ni i kontakt med grafitt. Reaksjonen Ni+C kan foregå med den dertil horende reaksjonshastighet under dannelse av et nikkelcarbid. Begge de situasjoner som belyses i fig. la og lb eller andre statistiske variasjoner av disse, vil binde variable mengder Ti eller Ni eller begge deler og.gjore den resulterende legering på TiNi-basis for-forskjelligartet og uforutsibar samt medfore at skadelige carbider kommer inn i legeringen.

Ifolge foreliggende fremgangsmåte får ved smelting I en grafittdigel bare den forholdsvis ureaktive TiNi-legering anledning til å komme i kontakt med grafitten under legeringsfremstillingen. Dette gjor at carbonopp.taket i smeiten blir så lavt som mulig og at et mer konstant TiNi-forhold basert på den opprinnelige' beskikning opp-rettholdes. Derved frembringes smelter av ensartet og forutsibar sammensetning basert på erfaring, renheten til de tilforte stoffer og empiriske smeltedata.

Ifolge foreliggende fremgangsmåte tilfores TiNi en grafittdigel på en slik måte at fritt Ti og Ni får minst mulig direkte kontakt med grafittdiglen. Fig. 2a viser en beskikningsmåte ifolge foreliggende oppfinnelse. Ved denne utforelsesform anbringes en TiNI-startplate 1 eller skrap av en TiNi-legering med kjent sammensetning på bunnen av<;>grafittdiglen 2, og mekanisk blandede og sammenpressede titan- nikkelblokker 3 med det rette blandingsforhold anbringes over TiNi-startplaten.<I>nduksjonsfeltet smelter derefter forst TiNi-platen som har det laveste smeltepunkt og smelter ved ca. 1300°C. Dessuten vil denne TiNi-plate eller -skrap også smeltes forst på grunn av at den er anbragt i den som regel varmeste del av diglen. Efter at TiNi-platen er blitt smeltet, smelter de på hverandre stablede blokker av blandet Ti + Ni i legeringssmelten og danner ytterligere smeltet legering for fritt Ti eller Ni eller begge deler kan komme i kontakt med grafittdiglens vegger. Denne prosess fortsetter inntil hele beskikningen er blitt smeltet og legert. Fig. 2b viser en annen anordning for beskikning av grafittdiglen samtidig som fordelene forbundet med foreliggende oppfinnelse oppnås. Igjen anbringes en startplate eller skrap av en legering på TiNi-basis på bunnen av grafittdiglen 2. Derefter induksjonsoppvarmes diglen på vanlig måte, og de frie Ti-og Ni-'metaller tilfores samtidig i re-gulerte mengder ned i smeiten av legering U- på TiNi-basis, idet hastigheten reguleres på kjent måte for å hindre at Ti eller Ni eller begge deler skal komme i direkte kontakt med grafittdiglen. Da flere anordninger for samtidig tilforsel av de frie metaller, f.eks. for å kontrollere tilforselshastigheten av disse, er velkjente og forekommer i handelen, vil disse ikke bli nærmere beskrevet. Fig. 3a og 3b viser den eneste mulige kontakt mellom den varme grafittdigel 2 og fritt Ti eller Ni 3 som kan forekomme dersom- den på fig. 2a belyste fremgangsmåte anvendes. Hvis disse mulige vanskeligheter skulle oppstå, kan de lett overkommes ved å benytte enkle mekaniske anordninger. Velting av blokkene kan stanses ved at det benyttes en stabel av sammenpressede blokker som styres ved hjelp av en forlegert stang gjennom huller i blokkenes midte, idet stangen er fastgjort i en passende loddrett stilling over diglen. De stablede blokker 3 kan også.på tilsvarende måte sentreres og tilfores vertikalt gjennom et passende legeringsrbr 5 (som er forenlig med smeiten h) anbragt konsentrisk i grafittdiglen. Disse og andre selv-klare metoder kan anvendes .for å unngå at blokkene skal velte.- -

Det problem som oppstår ved anvendelse av en hoy beskiknings-soyle hvorved de stablede blokker 3 kommer i beroring med grafittdiglens 2 bunn som vist på fig. -3b, kan unngås ved å frigjore blokkene 3 mot legeringssmelten ovenfra.. Derved kan en eller flere blokker fr-igjores av gangen således at oppdriften fra eller viskosi- teten til legeringssmelten får blokken eller blokkene til å flyte inntil komponentene er opplost i den smeltede legering.

Begge vanskeligheter kan også samtidig overvinnes ved å anvende regulert tilforsel av en blandet Ti + Ni-elektrode ned i det smeltede legeri<q>gsbad, på samme måte som en forbrukbar elektrode som anvendes ved lysbuesmelting. Ingen av disse vanskeligheter vil imidlertid oppstå dersom det anvendes en utforelsesform som vist skjematisk på fig. 2b. Imidlertid må det ved anvendelse av den ifolge fig. 2b an-gitte utforelsesform sorges for (hovedsakelig ved å regulere til-fbrselshastigheten) at partikler av fritt Ti eller Ni eller begge deler hindres fra å komme bort til diglen som en folge av mulig overflatespenning dg hydrostatiske krefter for partiklene er blitt opplost i smeiten.

Fig. 2c viser en annen metode for nedforing av en Ti + Ni-blanding. Ved denne metode unngås de ulemper som er nevnt i forbindelse med fig. 3a og 3b..Ifolge den på fig. 2c viste utforelsesform inne-holder grafittdiglen 2 igjen en startplate eller skrap som danner en smeltet legering h på TiNi-basis på bunnen av diglen. Selve Ti + Ni-blandingen 6 senkes ifolge denne utforelsesform ned i det smeltede bad •+ av legering på TiNi-basis inne i en beholder 7 av Ni. Beholderen består av en sylindrisk plate av Ni i form av.et rorformet legeme -8 som er punktsveiset i passende form, og av en bunn 9 av Ni-plate som er punktsveiset til det rorformede legeme. En styre-stang 17 er fastgjort til det sylindriske Ni-ror 8 ved hjelp av stenger eller tråder 18 av legering på TiNi-basis. Nedforingshastig-heten for TiNi-blandingen 6 i Ni-beholderen 7 velges efter noye overveielser ut fra de forhold som er nevnt ovenfor. Når de stenger eller tråder l8 av TiNi som forbinder Ni-beholderen 7 til styrestangen 17 kommer ned i smeiten h og smelter, kan styrestangen 17 fjernes.

Bruk av de metoder som er vist skjematisk på fig. 2b og 2c, gjor det nodvendig å sammenpresse de blandede Ti + Ni-elementer. Det er imidlertid selvklart at flere andre variasjoner er mulige for å oppnå det samme sluttresultat, dvs. å forhindre diglen fra å komme i kontakt med-fritt Ni eller Ti eller begge deler mens den er varm.

Ved å benytte de ovenfor beskrevne beskikningsmetoder er det mulig å oppnå smelter av legeringer på TiNi-basis med meget snever homogenitet- og sammensetningskontroll. Den aktuelle induksjonssmelting kan utfores i et kammer hvor trykket kan variere fra noen få [ i til over 1 atmosfære. Dersom det benyttes et kamme r trykk, hoy ere enn noen få pt, foretrekkes det å-anvende en atmosfære av torr, uaktiv gass, f.eks. argon, helium etc.

Selve induks jonssmeltingeri krever bare den tilstrekkelige effekt og den rette frekvens, f.eks. 3.000 Hz, for hurtig å smelte beskikningen og efter smeltingen å frembringe en passende omroring av smeiten. Denne omroring som oppstår av seg selv ved anvendelse av induksjonssmelting, er nodvendig for å få den riktige legeringsblan-ding og kjemiske ensartethet.

Eksempel

En utforelsesform for smelting i forbindelse med foreliggende fremgangsmåte for derved å oppnå en legering på TiNi-basis med kontrollert sammensetning vil i det efterfolgende bli beskrevet trinn for trinn.

I. Apparatur

Den i forbindelse med foreliggende fremgangsmåte anvendte apparatur omfatter en vanlig vakuumsmelteovn med et kammer, en induksjons-spole, temperaturmåleorganer, tilforsel for induksjonsenergi, gass-tilforsler, vakuumpumpesystem osv. Da slike vakuumsmelteovner er kjente og ikke utgjor en del av foreliggende oppfinnelse, vil' de ikke bli nærmere beskrevet. Foruten en vanlig vakuumsmelteovn er det onskelig med en tilforselsanordning for rensede ureaktive gasser, som helium eller argon. Videre kan en vanlig tett grafittdigel med hoy renhetsgrad og av en hvilken som helst egnet kapasitet benyttes. Diglen bor fortrinnsvis være grundig torret ved å-være forhåndsopp-varmet under vakuum. Det anvendes en egnet stopeform for utstoping av blokken fra smeiten. Stopeformen vil bli nærmere beskrevet.

For beskikning av grafittdiglen anvendes metallkomponenter med hoy renhetsgrad, somTi-svamp, Ni-hagl og frie tilsetninger av f.eks. Co, Fe osv.

II. Prosess

a) For beskikning av induksjonssmelteovnen blandes Ti-svamp.og carbonyl Ni-hagl og sammenpresses til passende storrelser. En passende partikkelstbrrelsesfordeling av Ti-svampen vil derved gi.,de "grbnne" områder storre styrke. b) Grafittdiglen som på forhånd er blitt grundig torret ved oppvarming under vakuum, beskikkes med en plate eller skrapstykker av en

TiNi-legering. Platene eller skrapstykkene kan ha en hvilken som helst bnsket sammensetning og må være rene og uten overflateoxyder.

c) Under henvisning til fig. 2a anbringes den blandede og sammenpressede Ti-svamp og Ni-hagl over platen av TiNi-legering som ligger

på diglens bunn. Under beskikningen må det sorges'for at fritt Ti og Ni ikke kommer i beroring med grafittdiglen.

d) Smeltekammeret lukkes så tett til og utpumpes til et passende vakuum er blitt oppnådd, feks. et vakuum av under 10 m. e) Kammeret blir så igjen delvis fyit med tort argon eller helium inntil det fås et bestemt trykk. Trykket blir valgt under hensyntagen til beskikningskomponentenes temperatur og renhet (især innesluttede gasser,.f.eks. O2, N2, h^ H^O osv.) for å hindre at en kraftig koking, som vil bli nærmere beskrevet, skal oppstå. f) Den elektriske energi tilfores så til induksjonsspolen for å oppvarme grafittdiglen. Den storst mulige effekt-tilforsel som svarer til den anvendte digel, spolekoblingen og generatorens ka a-sitet, skal anvendes. g) I lopet av kort tid vil diglen bli varm fra bunnen av og opp-over mot toppen. Det foretrekkes ifolge foreliggende fremgangsmåte at diglen skal bli varmest i området nær TiNi-legeringsstykket. Dette kan sikres ved å anordne diglen på en slik måte at den mest effektive oppvarming (kobling) ved diglens bunn vil oppnås. h) Stykket eller stykkene av TiNi vil smelte når digeltempera-turen overstiger TiNi-legeringens smeltepunkt som er ca. 1310°C.

Derefter vil de sammenpressede blokker av Ti-metall og Ni-metall synke loddrett ned og opploses i TiNi-badet. På dette tidspunkt skal kammertrykket være tilstrekkelig hbyt til å hindre kraftig koking som kan resultere i spruting eller mekanisk tap av Ti eller Ni eller begge deler fra smeiten. På grunn av dette skal den delvise i avsnitt e) omtalte gjenpppfylling av kammeret til et visst forutbestemt trykk med torr argon eller helium velges slik at kraftig koking hindres.

i) Når alt fritt Ti og Ni i de sammenpressede blokker er blitt opplost og foreligger som legering på TiNi-basis, reduseres tilforselen av elektrisk energi til et nivå hvor smeltetemperaturen vil holdes ca. 150-200°C over den fremstilte legerings smeltepunkt. Den legering som fremstilles kan f.eks. inneholde 55,1 vekt$ Ni idet resten i det vesentlige er Ti, 60 vekt% Ni idet resten i det vesentlige er Ti osv. Da disse forskjellige legerings smeltepunkter er kjente, byr temperaturreguleringen på dette trinn ikke på noe problem.

" j) "Kammertrykket senkes derefter gradvis ved pumping inntil det meste-av forgassingen og boblingen opphorer.. Dette bor skje gradvis, pg det må sdrges for at senkningen ikke skjer for hurtig da dette vil frembringe kraftig koking. Samtidig med at trykket senkes vil smeltens temperatur, ha en tilbøyelighet til å stige, og dette krever en ytterligere forholdsvis nedsettelse av energitil-førselen.

k) Efterat legeringsdannelsen har funnet sted og spesielt efter trykksenkningsperioden, vil en rok eller sky av fine partikler komme ut av smeiten. Disse partikler synes å være urenheter fra Ti-svampen, og mengden og aktiviteten av denne rok synes å være praktisk talt konstant fra smelte til smelte. 1) Efter forgassingen og avgivelsen av roken fra den smeltede legering på TiNi-basis er legeringen klar til å helles i stopeformen. Smeltetemperaturen reguleres til.et sted mellom 100 og 200°C over den berorte legerings smeltepunkt, og smeiten helles ut under vakuum.

m) Uthellingen'foretas- hurtig og med en stadig strom av legering. Grafittdiglen er som regel forvarmet på toppen fbr ut-hellingen finner sted. Dette gjbres fremfor alt for å kontrollere tapet av strålingsvarme fra smeiten og for å bevirke at den riktige stbrkning av blokken fås.

Med hensyn til apparaturen som anvendes må det sbrges for at utette ovnskammere, marginale pumpesystemer, argon og helium med lav renhetsgrad og urene eller dårlig tbrrede grafittdigler unngås da alle disse forhold vil bevirke dannelse av ukontrollerte oxyder (Ti1+Ni20) , nitrider (Ti1+Ni2N), osv., hvorved forurensningene oker. Disse oxyder og nitrider osv. fjerner ikke-proporsjonale mengder

Ti og Ni fra legeringen og forårsaker okt usikkerhet med. hensyn til legeringens endelige sammensetning.

Det trykk som opprettes under pumpingen, omtalt under TI d) ovenfor, er bedre jo lavere det er. Et trykk på 10 y. ble valgt som et rimelig kompromiss. Okonomiske hensyn og tilgjengelige pumpe-system vil i stor utstrekning være avgjbrende for denne faktor.

Den delvise gjenoppfylling av kammeret til et forutbestemt trykk, omtalt ovenfor under II e), skal være slik at det ikke forekommer noen kraftig koking, men gjenoppfyllingen skal imidlertid ikke være så stor at argon eller helium går tapt. Det vil igjen som regel være nodvendig å foreta en avveining mellom de krav som stilles og de økonomiske faktorer som foreligger.

Med hensyn til den tilforte elektriske energi som er omtalt under II f), har det vist seg at en starttilforsel av ca. 28 kW for en 5,5 kg smelte, eller 5,1 kW pr. kg smelte, gir et godt resultat. Efter smeltingen ble energitilforselen senket til ca. l6-l8 kW, og ved denne verdi, dvs. ca. 3 kW pr. kg, viste det seg at omroringen av smeiten ble god.

Som nevnt under II k) ovenfor unnvek rok og sot fra smeiten selv ved et trykk av ca. 500 Som en folge av dette kan meget lave trykk på dette trinn gi kraftig koking eller tap av den ene eller begge metallkomponenter.

Som vist på fig. 5 har TiNi og legeringer basert på TiNi, temmelig begrensede storkningsområder. Den kjensgjerning at TiNi og legeringer derav storkner innenfor et snevert område, representerer både en fordel og en ulempe. Fordelen beror på den kjemiske ensartethet til den storknede smelte. Ulempen består i vanskeligheten med å tilveiebringe en fast, stopt blokk som er uten væske-faststoff-sugningsporositet.

v Hovedfordelene ved beskikningen og smeltingen ifolge foreliggende fremgangsmåte ligger i den oppnåelige kontroll av sammensetningen fra smelte til smelte. Denne kontroll og reproduserbarhet av sammensetningen er av vesentlig betydning for fremstilling av legeringer med forutsibare omdannelsestemperaturer som vist ved hjelp av omdannelsestemperaturdiagrammet på fig. h. I det motsatte til-felle kan den endelige legeringssammensetning aldri forutsis eller med noyaktighet settes i relasjon til beskikningens sammensetning. Ukjente mengder Ti eller Ni eller begge deler deltar i separate reaksjoner som bevirker dannelse av carbider av disse metaller og derved gjor grunnlegeringen av disse komponenter dårligere og gir en uforutsibar endelig grunnsammensetning, dersom det ikke gjores bruk av foreliggende oppfinnelse ved hjelp av hvilken omsetningen mellom metallkomponentene og digelmaterialet elimineres.

Det vil fremgå av det ovennevnte, at et hovedproblem i forbindelse med fremstilling av legeringer på TiNi-basis består i å kontrollere det legerte materiales sammensetning og ensartethet.

Det er således sikkert at forurensninger vil reagere med titan og nikkelmetaller på en variert og disproposjonert måte hvorved legeringens "grunnmassesammensetning" vil variere. De folgende reaksjons-ligninger viser typiske reaksjoner med oxygen, nitrogen og carbon:

Det fremgår av disse reaksjoner at legeringer på TiNi-basis i det vesentlige består av en grunnmasse hvor de ovennevnte, ikke-metalliske inneslutninger er dispergert i denne grunnmasse. Da de særpregede egenskaper til legeringer på TiNi-basis (f.eks. marten-sittisk omdannelsestemperatur, akustisk dempning, mekanisk hukommelse, herdeevne osv. som beskrevet i U.S. patent nr. 3.17^.851) forst og fremst avhenger av grunnmassens sammensetning, er det av primær betydning under legeringsdannelsen å frembringe de onskede og ens-artede grunnmassesammensetninger og å være istand til sikkert å bestemme grunnmassesammensetningen. Ved hjelp av foreliggende oppfinnelse tilveiebringes en okonomisk og fordelaktig fremgangsmåte for fremstilling av kvalitetslegeri nger og kontrollerte legeringer. Bestemmelse av grunnmassesammensetningen til praktisk talt stokiometriske TiNi-legeringer krever på den annen side en særlig metode. Standard kjemiske analyser er i noen grad verdilose fordi mengdene av komponentene som skal bestemmes, utgjor en "totalverdi"-legering. Dette betyr at resultatene for Ti, Ni, C, C^, osv. representerer summen av disse grunnstoffer som de finnes både i grunnmassen og i de ikke-metalliske inneslutninger. Det har imidlertid vist seg at akustisk dempning, uansett hvorledes den foretas, f.eks. med en torsjonspendel, anslag mot en enkelt opphengt stang osv., gir en meget folsom indikasjon for hurtig og effektivt å kunne få kjenn-skap til grunnmassesammensetningen. Den sterke forandring av den akustiske dempning som forekommer som et naturlig fysikalskfenomen ved strukturomdannelsestemperaturen i praktisk talt stokiometriske TiNi-legeringer, er meget skarp og er nesten fullstendig avhengig

av det noyaktige Ti:Ni atomforhold i grunnmassen. Ved således å bestemme en akustisk dempning-overgangstemperatur for en ukjent legering og ved å sammenligne disse data med en kalibreringskurve for legeringer med kjent sammensetning, er en direkte og enkel bestemmelse av grunnmassesammensetningen mulig. Omdannelsestempera-turene for de i tabell I angite fire legeringer er f.eks. meget like, men til tross for eksperimentelle feil ved de kjemiske analyser og av de ovenfor anforte grunner, vil det fremgå at nikkel-

innholdet varierer med 0,^f %. Dette viser nytten av å anvende akustisk dempning (indre friksjon) som et analytisk verktoy for de praktisk talt stokiometriske TiNi binære legeringer og Co- og Fe-substituerte ternære kombinaspner derav.

Det fremgår av den ovenstående tabell at mengden av opptatt C fra grafittdiglen ved anvendelse av foreliggende fremgangsmåte bare er nominell og har en verdi som er fullstendig uten betydning for legeringenes egenskaper. Dette kommer til uttrykk ved den lave bkning I mengden av Ti-legeringen dersom det gås ut fra en konstant carbonmengde i beskikningssammensetningen. Allikevel er denne ube-tydelige okning av praktisk talt avgjbrende betydning.idet den tillater en avgjbrende empirisk forandring i beskikningen for derved å oppnå en ferdig legering med en forutbestemt grunnmassesammensetning.

Bestemmelsen av grunnmassesammensetninger ved måling av den indre friksjon, f.eks. ved akustisk dempning, er også meget godt egnet under fremstilling av legeringen. Små mengder av en prove av den smeltede legering kan fjernes fra diglen, f.eks. ved hjelp av et vakuumlukkesystem, og kan så avkjbles og underkastes en prove for bestemmelse av prbvens indre friksjon, f.eks. ved måling av den akustiske dempning. Alt dette kan utfores mens legeringen stadig foreligger i smeltet tilstand i diglen slik at grunnmassesammen setningen i diglen kan reguleres ved selektive tilsetninger av enten nikkel eller titan alt efter hva som kreves ut fra resultatene av proven, for å få den onskede grunnmassesammensetning i den ferdige legering.

Uttrykket "Indre friksjon" hentyder i denne forbindelse til mengden av akustisk energi som er absorbert i et gitt materiale og som omdannes til en eller annen form for energi.som f.eks. bestemmes ved måling av de akustiske dampningsegenskaper til et gitt materiale.

En hvilken som. helst vanlig grafittdigel kan anvendes ved den foreliggende fremgangsmåte, såsom vanlige grafittdigler med hoy tetthet og hoy renhet, pyrolittiske grafittdigler osv. Stopeformen kan foruten av grafitt også fremstilles av et hvilket som helst egnet materiale.

Claims (7)

1. Fremgangsmåte ved fremstilling av legeringer på TiNi-basis ved smelting av metallkomponentene titan og nikkel i en smeltebeholder bestående av et materiale, særlig grafitt, som kan reagere med metallkomponentene og derved forårsake forurensninger i den ferdige legering, idet beholderen fortrinnsvis oppvarmes ved induksjonsoppvarming,karakterisert vedat det i smeltebeholderen for tilforselen av metallkomponentene innfores en mindre mengde ferdigfremstilt TiNi-legering, idet denne legeringsmengde enten er forsmeltet eller bringes til smelting og metallkomponentene derefter ved en forutbestemt temperatur over den ferdigfremstilte legerings smeltepunkt bringes til å sammensmelte med den på forhånd tilforte legeringsmengde hovedsakelig uten at smelting av metallkomponentene finner sted i direkte kontakt med beholderveggene, hvorefter smeiten utstopes.

2. Fremgangsmåte ifolge krav 1,karakterisert vedat tilsetningen av metallkomponentene til den smeltede, ferdigfremstilte legeringsmengde utfores i selve beholderen.

3. Fremgangsmåte ifolge krav 1 eller 2,karakterisertved at metallkomponentene settes til beholderen i form av en sammenpresset blanding i det vesentlige bestående av metallkomponentene i et forutbestemt forhold for derved å frembringe den onskede sammensetning i den fremstilte legering. h.

Fremgangsmåte ifolge krav 1 eller 2, kar akt er i s* e* r t ved at metallkomponentene selektivt tilsettes beholderen i forut-bestemte forhold.

5. Fremgangsmåte ifolge krav 1 eller 2,karakterisertved at metallkomponentene tilsettes beholderen i form av en blanding av. metallkomponentene inneholdt i en beholder fremstilt av den ene av metallkomponentene.

6. Fremgangsmåte ifolge krav 3-5 under anvendelse av en smeltebeholder av grafitt,karakterisert vedat grafitt-beholderen torres og efter innforing av den ferdigfremstilte mengde legering evakueres til et på forhånd bestemt vakuum, hvorefter beholderen igjen delvis fylles med Inaktiv gass og oppvarmningen til over legeringens smeltepunkt så utfores, hvorefter legeringskompo-nentene Ni og Ti tilsettes og trykket gradvis reduseres når tempera-turen i beholderen i en passende tid har vært holdt ved en forutbestemt temperatur over legeringens smeltepunkt, hvorpå den smeltede legering uttommes.

7. Fremgangsmåte ifolge krav 6,karakterisert vedat beholderen oppvarmes fra bunnen mot toppen.