Verfahren zur Herstellung einer plastisch verformbaren Legierung. In der Legierungstechnik sind eine Reihe von Vergütungsverfahren bekannt, bei denen die Legierungen bei Temperaturen unterhalb der Soliduskurve geglüht, abgeschreckt und darauf entweder bei gewöhnlicher oder bei erhöhter Temperatur gealtert werden. Das bekannteste dieser Verfahren ist die Vergü tung nach Wilm, bei dem magnesium- und gewöhnlich kupferhaltige Aluminium-Legie- rungen in dieser Weise behandelt werden.
Weiterhin ist in neuerer Zeit ein ähnliches Verfahren für die Vergütung von silizium- haltigen Kupferlegierungen bekannt gewor den. All diesen Verfahren liegt das Prin zip zu Grunde, Verbindungen der Metalle entweder mit dem Basismetall oder mit einem zusätzlichen Element im Bereich der ther misch bedinbten variablen Löslichkeit der Verbindung im Basismetall durch die ther mische Behandlung feinkörnig auszuscheiden und dadurch die Legierung zu veredeln.
Vorliegende Erfindung betrifft nun ein Verfahren zur Herstellung einer plastisch verformbaren Legierung mit mindestens drei Komponenten, bei der zwei Komponenten gegenseitig praktisch unlöslich sind, dagegen je für sich mit einem weiteren Metall auch im festen Zustande mindestens zu einem wesentlichen Teil Mischkristalle bilden, so dass im Mehrstoffsystem, ohne dass eine intermetallische Verbindung entsteht, die Mi schungslücke mindestens teilweise geschlos sen wird.
Das Verfahren ist dadurch gekenn zeichnet, dass eine Legierung aus diesen Stoffen von der Zusammensetzung, dass sie bei gewöhnlicher Temperatur heterogen, bei höheren Temperaturen jedoch durch Misch kristallbildung homogen ist, durch Glühen bei hohen Temperaturen plastisch gemacht wird. Durch das Verfahren wird eine Reihe von Drei- und Mehrstofflegierungen, die bis her nicht als walzbar oder nur als schlecht walzbar angesehen wurden, so plastisch ge macht, dass eine mechanische Verformung erleichtert, in einigen Fällen überhaupt erst möglich gemacht wird.
Dadurch wird eine Reihe von Legierungen mit an sich wert vollen Eigenschaften bezüglich Festigkeit, Härte oder Korrosionsbeständigl@eit in einen Zustand übergeführt, der eine mechanische Verformung erleichtert. Die Verwendung derartiger Legierungen zu den verschieden sten industriellen Zwecken wird hierdurch erschlossen.
Im einzelnen können bei dem Glühen bei hohen Temperaturen zwei Wege begangen werden. Der erste und vorzugsweise gewählte Weg besteht darin, die Legierungen von der genannten Zusammensetzung längere Zeit bei solchen Temperaturen zu glühen, die höher sind als diejenigen, bei denen die Homogeni sierung eintritt. Das Prinzip dieses Verfah rens sei im folgenden näher erörtert.
Es ist bekannt, dass in Systemen von Metallen, die Mischungslücken aufweisen, durch Zusatz eines Elementes, das mit jedem der untereinander nur begrenzt oder gar nicht löslichen Metalle völlige oder weitgehende M'ischkristallbildung zeigt, eine mehr oder weniger vollständige Schliessung der Mi schungslücke im Lernären oder mehrstoffigen System erreicht werden kann. So zeigt zum Beispiel das Diagramm Kupfer-Eisen eine Mischungslücke in- weiten Grenzen (ver gleiche zum Beispiel die Erstarrungskurven dieses Systems nach Ruer und Goerens "Ferrum", 14.
Band, Seite 49, in Fig. 1). Durch Zusatz von Nickel, das sowohl mit Eisen wie mit Kupfer eine völlige Misch kristallbildung eingeht, kann die Mischungs lücke im ternären System ziemlich geschlos sen werden. Das in beiliegender Fig. 9- nie dergelegte Diagramm des Systems Kupfer- Nickel-Eisen zeigt diese Verhältnisse. Die Linie A-K-B trennt hierbei das Diagramm in zwei Felder, von denen das rechte alle Le gierungsreihen mit homogenem Aufbau, das linke solche mit unter gewöhnlichen Verhält nissen heterogenem Gefüge umfasst.
Von derartigen Legierungen gelten nun im all gemeinen nur die des homogenen, in der Figur gestrichelten Feldes als gut walzbar. Die Lage dieser die beiden Felder tren nenden Linien A-K-B hängt nun ganz von der Temperatur ab. Wenn die Linie die bei ge wöhnlicher Temperatur stabilen Verhältnisse angibt, so verschiebt sich bei erhöhter Tem peratur diese Grenzlinie unter Verkleinerung des inhomogenen Feldes nach links. Bei <B>1000'</B> wird der nunmehrige Grenzbereich des heterogenen Feldes durch die Linie A,-K1-B1 angegeben.
In gleichem Masse er höht sich die Zahl der walzbaren Legieran- gen, da nunmehr auch eine Reihe, das sind die in das Zwischengebiet A-K-B-Al-K,-B, fallenden Legierungen, durch Glühen homo genisiert werden können.
Die dergestalt homogenisierten Legierungen können dann bei oder dicht unter der Homogenisierungs- temperatur, das heisst bei Temperaturen über 8000, gewalzt oder abgeschreckt und im kalten Zustande verformt werden. Durch das Abschrecken wird dabei die bei höherer Tem peratur beständige Phase im Gebiet gewöhn licher Temperatur erhalten.
Die in der Literatur vorhandenen An gaben über das System Kupfer-Nickel-Eisen (vergleiche insbesondere die Untersuchungen von Vogel in der Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie, Band 67, 1910) geben eine Lage der Trennungslinie des homogenen und heterogenen Feldes an, die den wirklichen Verhältnissen nicht gerecht wird. Bei genügend langem Anlassen lässt sich nämlich ein Vergütungseffekt auch für eine Reihe von Legierungen nachweisen, die noch in dem von Vogel angegebenen "homo genen" Felde liegen.
Die Erfindung betrifft nun nicht nur Legierungen des Systems Kupfer-Nickel- Eisen, sondern betrifft alle Systeme, die nach ähnlichen Gesichtspunkten aufgebaut sind.
Setzt man an Stelle von Kupfer-Nickel- Eisen die Buchstaben A, B und C, so müssen nur folgende Bedingungen gewahrt bleiben: <I>a)</I> Die Elemente<I>A</I> und B dürfen mit einander in wesentlichen Mengen feste Lö sungen nicht eingehen. Hierbei spielen eine besondere Rolle solche Systeme, die mitein- ander auch im flüssigen Zustande teilweise unmischbar sind.
b) Das Metall C muss befähibt sein, so wohl mit dem Metall A wie mit dem Metall B in wesentlichem Ausmass Mischkristalle. das sind feste Lösungen, zu bilden, ohne dass jedoch bei gewöhnlicher oder erhöhter Tem peratur intermetallische Verbindungen auf treten. c) Das ternäre System weist infolgedes sen eine Trennungslinie auf, wobei ein homo genes Feld besteht, das heisst ein Feld, inner halb dessen völlige Mischbarkeit der drei Ele mente im festen Zustand vorhanden ist.
Diesen Bedingungen entsprechen (ausser den bereit:; erwähnten) auch die Diagramme Kupfer-Nickel-Chrom und Kupfer-Nickel- Moly bdän. An Stelle des Nickels kann in diesen erwähnten Systemen auch das Mau ban treten. Zur näheren Erläuterung sind in beiliegenden Fig. 3 und 4 die Systeme Kupfer-Nickel-Chrom und Kupfer-Nickel- Molybdän dargestellt.
An Stelle des Eisens, Chroms bezw. Molybdäns kann Kobalt, Vanadium, Wolf ram oder Platin einzeln oder zu mehreren gesetzt werden. Es können aber auch Le gierungen aus Kupfer. Nickel und min destens zwei weiteren Metallen der 5. bis B. Gruppe des periodischen Systems, welche mit Nickel weitgehende Mischkristallbildung zeigen, mit Kupfer jedoch feste Lösungen in nennenswertem Umfang nicht eingehen, behandelt werden. Diese Zusätze an Metallen der 5. bis B. Gruppe des periodischen<B>Sy-</B> stems können in gleicher Weise zu den Le gierungen des Kupfers und Mangans gemacht werden, da.
Mangan und Nickel legierungs technisch so nahe verwandt sind, dass ihre Neigung, Mischkristalle zu bilden bezw. Ver bindungen nicht zu bilden, sich auf die glei chen Metalle dieser Gruppen erstreckt.
Schliesslich können auch Legierungen von Kupfer, Nickel, Mangan und je einem wei teren der genannten Zusatzmetalle behandelt. werden. Beispielsweise seien im folgenden eine Reihe von Zusammensetzungen der in Frage kommenden Art aufgeführt: <I>1. Für</I> das, System: Cit-Ni-Fe, 10% Cu 35% Cu 20 % Ni 53 % Ni 70 % Fe 12 % Fe <I>2.
Für das System.:</I> Cet-Ni-Cr, 35% Cu 15 % Cu 53 % Ni 65 % Ni 12 % Cr 20/'o Cr <I>3.
Für das System:</I> Cu-Ni-Mo, 20 % Cu 20 % Cu <B>65%</B> Ni 55% Ni <B>15%</B> Mo 25% Mo <I>Für das System:</I> Czt-Mrt-Fe bez?cy. Cat-(Ni-@Ylrc)-Fe, Das Verhältnis von Ni -I- Mn kann sich beliebig von 0-100% ändern, zum Beispiel 10% Cu 20% Mn oder (15% Ni -I- 5 % Mn.
10/60, Fe beliebig variabel) 35% Cu Mo' Mn oder (50% N i -r- 3 % Mn, 12% Fe beliebig variabel) <I>5.
Für das System:</I> Cu-Ni-A1o be.vtr@. Cu-Ni-W, 20% Cu 20 % Cu 20% Cu 20 % Cu <B>65%</B> Ni<B>55%</B> Ni<B>65%</B> Ni 55 % Ni 15% Mo 25% Mo 15% W 25% W <I>6.</I> Für <I>das System:
wie 5,</I> jedoch Mo -f- H' beliebig variabel, <I>zum</I> Beispiel: 1. 20% Cu 20 % Cu 5% Mo +10% W 10% Mo+ 5%W 65% Ni<B>65%</B> Ni 2. 20% Cu 20% Cu 10 % Mo -i-15 % W 15 % Mo -+- 10 % -:
V <B>55%</B> Ni 55% Ni <I>7. Für das</I> System: Cu-Ni-Y, 35% Cu 35 % Cu 55 % Ni 50 % Ni 10% V 15% V Im Anschluss an die Homogenisierung kann dann unmittelbar bei den Tempera turen, bei denen homogenisiert wurde, bezw. bei Temperaturen, die über denen liegen, wo die Homogenisierung eintritt, mechanisch verformt werden.
Man kann jedoch auch durch ein Ab schrecken der Legierung den homogenen Zu stand bis auf niedere Temperaturen erhalten und dann in kaltem Zustande verformen.
Im Zusammenhang mit der Homogenisie rung ist noch eine weitere Verbesserung der Zugfestigkeit und Härte der Legierung durch ein nachträgliches Anlassen möglich. Wenn die warm verformten und dann abgeschreck ten oder die abgeschreckten und dann kalt verformten Werkstücke einem Anlassen bei Temperaturen von 400 bis 600 unterzogen werden, so tritt offenbar auf Grund mikro skopischer Wiederausscheidungen der über sättigten Mischkristalle eine starke Stei gerung der Härte und Festigkeit ein. Es er gibt sich also, dass die mit ihrer Zusammen setzung in das Verschiebungsgebiet der Lös lichkeit fallenden Legierungen vergiitbar sind.
Zur Erläuterung der praktischen Bedeu tung der Erfindung seien die Verbesserungen, die sich auf Grund der entwickelten Regel ergeben, anhand eines praktischen Beispiels dargestellt.
Eine Legierung aus 34% Kupfer, 55 Nickel, 10,3% Chrom, Rest kleinere Ver unreinigungen, wurde erschmolzen und ge walzt. Es ergab sich hierbei, dass das Ma terial beim Walzen riss, so dass lediglich un brauchbare Fabrikate hergestellt wurden. Daraufhin wurde die Legierung bei<B>1100'</B> geglüht bis zur Homogenisierung des Ge füges und abgeschreckt. Die Legierung wies hierbei eine Härte von etwa 136 Brinell auf, und war nunmehr vorzüglich walzbar. Nach dem Walzen wies das Material eine Härte von etwa 240 Brinell auf.
Wurde nun die Probe bei Temperaturen von 400 bis 600 geglüht, so stieg die Härte auf 300 Biinell. Wenn die Glühbehandlung ohne vorheriges Walzen unmittelbar an das Abschrecken an- geschlossen wurde, konnte eine Härtestei- gerung von 136 auf 200 Brinell durch Glü hen bei etwa<B>700'</B> erzielt werden.
Eine weitere Ausführungsform\ der Er findung besteht darin, die Legierungen bei Temperaturen, die dicht unter der Tempera tur liegen, bei der Homogenisierung eintritt, während längerer Zeit zu glühen und dann abzukühlen. Auch hierbei ergab sich eine gute Walzbarkeit der aus den Legierungen hergestellten Werkstücke. Eine wissen- schaftliche Erklärung für diesen Vorgang lässt sich nicht mit Sicherheit angeben. Es wird jedoch vermutet, dass bei dieser Aus führungsform sich die ursprünglich dispers ausgeschiedenen heterogenen Gefügebestand teile zu grösseren kugelförmigen Konglomera ten verdichten.
Wenn daher auch kein völ liges Verschwinden der heterogenen Gefüge bestandteile eintritt, so ermöglicht die län gere Glühzeit doch die Bildung eines Ge füges, das in gewissem Umfange plastisch ist.
Beispielsweise wurde eine Legierung aus 34% Kupfer,<B>8,2%</B> Chrom, Rest Nickel, 21 Stunden bei 800 C geglüht und langsam abgekühlt. Die Stücke besassen die relativ hohe Härte von etwa. 170 Brinell, liessen sich jedoch verwalzen.
Legierungen, die nach dem Verfahren ge mäss Erfindung plastisch gemacht und ver formt wurden, insbesondere hochchromhaltige Kupfer-Nickel-Legierungen, innerhalb des in Fig. 4 dargestellten Gebietes Al, <I>A,</I> K. <I>B,</I> B1, K, besitzen eine ausgezeichnete Kor rosionsbeständigkeit; sie widerstehen in her vorragender Weise den- Angriffen von Säu ren, Laugen und sonstigen aggressiven Stof fen.
Sie eignen sich daher zur Herstellung von einer ganzen Reihe von Gegenständen, bei denen gute Bearbeitbarkeit, gute Festig keit, hohe Härte und hohe Korrosionsbestän digkeit verlangt werden. Beispielsweise nen nen wir hierzu Kochgeräte, Förderseile, Na deln aller Art, medizinische Instrumente, Ziehdüsen, für die Kunstseideindustrie, Schiffstaue, Federn, gehärtete Schreib federn, elektrische Widerstandsdrähte, Kla- vierdrähte, Webedrähte, Ventilkegel und -Ringe. Geldschrankmaterial, Speichen, hoch beanspruchte Maschinenteile und dergleichen.
Zur weiteren Verbesserung einzelner Ei gensehaften kann den Legierungen, die in ihrem grundsätzlichen Aufbau dem oben be schriebenen Schema entsprechen, gelegentlich auch noch weitere Legierungsbestandteile zu gesetzt werden. So ermöglicht zum Beispiel ein geringer Kohlenstoffzusatz eine weitere Härtung, so dass ein Material zur Herstel lung von Messerklingen geeignet wird. A.b- gesehen von Kohlenstoff können unter an derem Silizium oder Silber zugesetzt werden.