CH219209A - Gehärtete Nickel-Kupfer-Aluminium-Legierung und Verfahren zu deren Herstellung. - Google Patents

Description

  Gehärtete     Nickel-Kupfer-Aluminium-Legierung    und Verfahren zu deren Herstellung.    Die     Erfindung    bezieht sich auf eine Le  gierung, die vorherrschend Nickel und Kup  fer enthält.  



  Die Zugabe von Aluminium zu     Nickel-          Kupferlegierungen        verbessert    gewisse physi  kalische Eigenschaften der letzteren, sie er  folgt gewöhnlich in einem Betrage von 4%.  Überdies lassen sich diese Eigenschaften, und  besonders die Zugfestigkeit und Härte, weiter  verbessern, indem man die aluminiumhalti  gen     Legierungen    einer     .geeigneten    Hitze  behan.dlung nach Art der Ausscheidungs  härtung     unterwirft.     



  Es ist bekannt (siehe     britische    Patent  schrift Nr. 394378), dass der Zusatz von  Titan zu Nickellegierungen (einschliesslich       Nickel-Kupferlegierungen)    die     Legierungen     durch     Wärmebehandlung        härtbar    macht, und  dass Aluminium als ein zweites Härtemittel  zugesetzt werden kann. Der Betrag an bei  zugebendem Titan belief sieh auf 1 bis<B>10%.</B>  



  Die vorliegende Erfindung beruht auf der       Entdeckung,    dass einer Nickel-Kupfer-Alu-         miniumlegierung,    die verhältnismässig kleine  Mengen Aluminium enthält,     unerwartete     bessere Eigenschaften, insbesondere gute       Härte,    erteilt werden können, wenn in der       Legierung    kleine Mengen Titan und Kohle  vorhanden sind.

   Erfindungsgemäss enthält  .die Legierung folgende     Bestandteile:     
EMI0001.0020     
  
    Nickel <SEP> 50 <SEP> bis <SEP> 85
<tb>  Kupfer <SEP> 45 <SEP> bis <SEP> 10
<tb>  Aluminium <SEP> 2 <SEP> bis <SEP> 4 <SEP> %
<tb>  Titan <SEP> mindestens <SEP> 0,25 <SEP> %, <SEP> aber <SEP> weniger <SEP> als <SEP> 1
<tb>  Kohlenstoff <SEP> 0,05 <SEP> bis <SEP> <B>0,3%.</B>       Die Legierung, gemeinsam mit im wesent  lichen allen     handelsüblichen        Legierungen,     enthält gewöhnlich auch     Verunreinigungen,     wie Kobalt, Silicium, Mangan, Eisen, Schwe  fel und Phosphor.

   Sie kann Silicium, Man  gan und Eisen auch in Mengen enthalten, in  denen diese Elemente mehr als nur Verunrei  nigungen darstellen, das heisst, die Legierung  kann aus einer     Grundzusammensetzung    be  stehen, wie oben angegeben und dazu noch      eines oder mehrere der Elemente Silicium,  Mangan und Eisen in folgenden Verhält  nissen in der fertigen     Legierung    enthalten:  Silicium von 0,05 bis<B>l ,ö</B> (vorzugsweise 0,2  bis 0,4%), Mangan von 0,05 bis     2,,o    (vor  zugsweise 0,25 bis 0,5%) und Eisen von 0,05  bis 10% (vorzugsweise 0,2 bis 1%). Magne  sium sollte fehlen, da es die Wärmeleit  fähigkeit der Legierung herabsetzt.

      Die besseren Eigenschaften können in den  Legierungen durch eine     ZVärmebehandlung     nach Art der Ausscheidungshärtung ent  wickelt werden. Die Behandlungsarten, wie  sie jetzt zum Härten von     Nickel-Kupfer-          Aluminiumlegierungen    zur zur Anwendung ge  langen, wie z. B. die in der deutschen Patent  schrift Nr. 492461 beschriebenen Behand  lungsarten, können auf die     Legierungen    nach  vorliegender Erfindung angewendet werden,       vorzuziehen    ist aber die Anwendung von       Behandlungsarten,    .die eine geregelte     all-          mälige    Kühlung in sich schliessen, wie sie  unten beschrieben ist.  



  In den     Legierungen    vorhandenes Alumi  nium und Titan werden im     Ausscheidungs-          hä.rtungsverfahren    als, wichtige Elemente  betrachtet, während Kohlenstoff und, bis zu  einem gewissen Grade, auch Silicium in  diesem Verfahren als weniger wichtige  Elemente angesehen werden. Um wirtschaft-    liehen Wert zu besitzen, sollten die Legierun  gen einer Härtung bis zu einer minimalen  Härte von 265     Biinell    fähig sein, ohne Kalt  behandlung. Titan in Beträgen von weniger  als     0,25%    erzeugt Härtegrade, die nicht  merklich besser sind als die, die mit     3laterial     erhalten werden, das nur Aluminium ent  hält. Eine.

   Legierung, die annähernd<B>2,75%</B>       Aluminium        lind        0,50/'o    Titan enthält, ergibt       leicht    holde Härtegrade von wirtschaftlichem  Wert. Mit abnehmendem Aluminiumgehalt  sollte der     Titangehalt    erhöht werden. Er .darf  jedoch nicht mehr als 1 % betragen, weil bei  einem so hohen Gehalt die Legierung eine  Neigung zu dem entwickelt, das als     "Zen-          trumspaltung"    beim Walzen in kleine Stäbe  usw.     bekannt    und eine Äusserung     schwacher     Wärmeleitfähigkeit ist. Ein sehr geringer  Vorteil wird erzielt, wenn man den Titan  gehalt höher als<B>0,75%</B> wählt.

   Der bevor  zugte     Titangehalt    beträgt 0,4 bis     0,75%    bei  einem Aluminiumgehalt zwischen 2,3 und  3,4, ö.     Innerhalb    dieses Bereiches werden vor  zugsweise ,gewisse Grenzen innegehalten, um  die besten Ergebnisse zu erhalten, und die  bevorzugten Legierungen haben die nach  stehende Zusammensetzung: Nickel von 63  bis 70<B>%,</B> Kupfer von 33 bis 26 %, Alumi  nium von 2,7 bis 3,1     %,    Titan von 0,4 bis  <B>0,6%</B> und Kohlenstoff von 0,13 bis 0,20%.  



  Typische Legierungen sind folgende:  
EMI0002.0030     
  
    1 <SEP> 1 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 4
<tb>  Nickel
<tb>  66,14% <SEP> 66,10% <SEP> 66,45 ö <SEP> 64,66
<tb>  Kupfer <SEP> <B>29,83% <SEP> 29,69% <SEP> 29,26%</B> <SEP> 30,07
<tb>  Aluminium <SEP> <B>2,88% <SEP> 1-),92%</B> <SEP> 2,74% <SEP> 2,68
<tb>  Titan <SEP> <B>0,55%</B> <SEP> 0,5<B>1</B> <SEP> % <SEP> <B>0,51.%</B> <SEP> 0,49
<tb>  Kohlenstoff <SEP> 0,14% <SEP> <B>0,1.8% <SEP> 0,13%</B> <SEP> 0,14
<tb>  Silicium <SEP> 0,26 <SEP> 16<I>0'</I> <SEP> 0,20% <SEP> 0,31, ö <SEP> 0,26       Der Kohlenstoff spielt eine gewisse Rolle  für die Erteilung verbesserter physikalischer  Eigenschaften, selbst wenn er nicht so  wichtig ist wie Titan und Aluminium.

   Daher  wird vorgezogen, .den Kohlenstoffgehalt auf  ,der höchsten Stufe zu erhalten, die möglich    ist, ohne die     Wärmehämmerbarkeit    zu  opfern, weil die höheren Kohlenstoffgehalte  eine erhöhte Stärke und Härte verleihen.  Während Kohlenstoff in Legierungen von       Nickel    und Kupfer mit hohem     Tit.a.ngehalt     höchst. nachteilig wirkt, äussert er sich gün-           stig    in Material, das     in    Übereinstimmung mit  der vorliegenden Erfindung hergestellt     ist.     



  Die Legierungen nach vorliegender Er  findung brauchen nicht abgeschreckt zu wer  den, und werden es     vorteilhafterweise    auch  nicht, um sie für eine Ausscheidungshärtung  empfänglich zu machen. Die Legierungen  werden gewöhnlich nur abgeschreckt, wenn  gewünscht wird, dass sie vorübergehend  weich sein sollen. Die Legierungen härten  auf im wesentlichen dieselbe     Endhärte,     ohne Rücksicht darauf, ob sie jemals wäh  rend irgendeiner     Verfahrenstufe    irgendeinem  Lösch- oder raschen Kühlvorgang unterwor  fen wurden.

   Aus Zweckmässigkeitsgründen,  um das Material vorübergehend weich und  leicht richtbar,     meisselbar    und     stemmbar    zu  machen, sowie auch, um einem     Rissigwerden     während des     Wiedererwärmens    vorzubeugen,  werden Stangen, Blöcke und Barren gewöhn  ac     lerWarmbearbeitung    wieder gelöscht.

    n     'h        jec     Im allgemeinen werden erst die aus den     Le-          ffi   <B>o,</B>       erungen    hergestellten Gegenstände wärme  behandelt, um nach ihrer Fertigstellung eine  Härte zu entwickeln, obschon manche Gegen  stände vor der     Endbehandlung    wärmebehan  delt werden können. Beispielsweise können  feine Federn nach der härtenden Wärme  behandlung kalt gezogen werden, indem       dieses    Vorgehen die höchsten in dem Ma  terial erreichbaren physikalischen Eigen  schaften entwickelt.

   Dieses Verfahren er  zeugt auch     fertiges    Material mit einem  höheren Glanz, als er in Material entwickelt  werden kann, das nach dem     Kaltziehen     wärmebehandelt wird. Die maschinelle Fer  tigbehandlung lässt sich auch nach der  Wärmebehandlung durchführen, um irgend  welches während der letzteren auftretendes  Verziehen     auszugleicheno    Wärmebehandeltes       Material    kann nachfolgender     maschineller     Behandlung, Stanzen, oder andern Verarbei  tungsvorgängen unterworfen werden, sofern  solche je nötig werden.  



  Die bevorzugte Wärmebehandlung be  steht darin, dass die Legierung während     1/-,     bis 16 Stunden in einem Temperaturbereich  zwischen 538 und<B>HOC</B> C gehalten und dann    fortlaufend auf mindestens 482  C abgekühlt  wird. Dabei     übersteigt    der Betrag der Küh  lung nicht 42' C je Stunde bei irgendwelcher  Temperatur über<B>593'</B> C und nicht<B>28'</B> C je  Stunde bei irgendeiner Temperatur unter  <B>593'</B> C.

   Vorzugsweise überschreitet der Be  trag der Kühlung bei irgendwelcher Tem  peratur unter<B>593'</B> C nicht 14' C je     Stunde.     Die besten     Eigenschaften    scheinen sich zu  entwickeln bei einem Abkühlen um etwa  8   C je Stunde bis auf 482' C hinunter und  dann um etwa 2   C<B>ja</B>     Stunde    bis auf 426' C  hinunter. Die Zunahme der mechanischen  Eigenschaften mit Abnahme der Temperatur  ist fortlaufend, wenn auch in vermindertem  Grade.

   So wird Material der vorliegend be  trachteten     Zusammensetzungen,    -das gemäss  der bevorzugten Wärmebehandlung langsam  auf 482' C abgekühlt wurde, höhere Eigen  schaften besitzen, als entwickelt worden  wären,     wenn    die langsame Abkühlung bei  spielsweise bei 540  C     aufgehört    hätte. Un  terhalb 42,6' C geht die     Zunahme    an Eigen  schaften so langsam vor sich, dass aus prak  tischen     Gründen    die geregelte Abkühlung  selten unter diese Temperatur fortgeführt,       sondern    häufig schon bei     ungef        ähr    482' C  abgebrochen wird.

   Von der     Endtemperatur,     das heisst von ungefähr     426'C    an bis auf  atmosphärische Temperatur hinunter kann  die Legierung gelöscht, luftgekühlt oder in  irgendwelchem Grade gekühlt werden. Ein  Löschvorgang nach der Härtebehandlung  verkürzt die .durch die totale Wärmebehand  lung beanspruchte Zeit.  



  Die Anfangstemperatur bei ,der härtenden       Wärmebehandlung    und der erforderliche       Zeitaufwand    werden stark     beeinflusst    durch  die Umstände bei der     Kaltbearbeitung    des  zu behandelnden     Materials.    Im allgemeinen  wird vorgezogen, um so niedrigere Anfangs  temperaturen zu     gebrauchen,    je     grösser    der  Betrag der Kaltarbeit war. So     entwickelt     eine     Legierung,    die sich in weichem     Zustand     befindet, z.

   B. warm gewalzt, angelassen,  oder leicht kalt     bearbeitet    wurde, Eigen  schaften, die in der Nähe des Maximums  liegen, wenn sie während 1/2 bis 2 Stunden      auf einer Temperatur von etwa<B>650'</B> C ge  halten, dann um je<B>528'</B> C stündlich zunächst  auf 593  C abgekühlt und weiter um je     1.4     C  oder weniger stündlich auf ungefähr 450  C  abgekühlt wird. Eine Legierung, die ein be  scheidenes Mass an     Kaltbearbeitung    erfahren  hat, wie z.

   B. ein halbharter     Temperstreifen,     eine kalt gezogene Stange usw. entwickelt  Eigenschaften nahe dem     'Maximum,    wenn sie  während 8 bis 16 Stunden auf ungefähr  580  C gehalten und dann um je 14  C oder  weniger stündlich bis auf ungefähr 430  C  abgekühlt wird.

   Obschon dieses Verfahren  besonders für mässig kalt bearbeitetes     DZate-          5        rial    geeignet ist, werden ausgezeichnete Er  gebnisse auch erhalten mit heissgewalzten  und     angelassenen    Materialien, das heisst Ma  terialien, die während des Warmwalzens  unter einer genügend hohen Temperatur  fertig bearbeitet werden oder sieh in     weichem          Zustand    befinden, wie er z. B. durch plötz  liches     Abschrecken    aus 760  C oder höher  erhalten wird. Eine Legierung, die verhält  nismässig viel Kaltbearbeitung erfahren hat,  wie z.

   B.     Feder-Temperdraht    und -Streifen,  entwickelt Eigenschaften nahe dem Maxi  mum, wenn sie auf einer     Temperatur    von  etwa<B>550'</B> C gehalten und dann in der näm  lichen Weise abgekühlt wird, wie die mässig  bearbeitete Legierung.  



  Die Eigenschaften von     Nickel-Kupfer-          Aluminiumlegierungen,    die dadurch verbes  sert wurden,     da-ss    man sie nach den oben be  schriebenen. Zusammensetzungen     herstellte,     schliessen auch die Geschmeidigkeit im       Warmbearbeitungsbereich    von<B>760'</B> bis  <B>1260'</B> C und die Aufrechterhaltung der  Stärke und Geschmeidigkeit, nachdem sie  während längerer Zeit erhöhter Temperatur  ausgesetzt waren, in sich. Die     Härte    und  Zugfestigkeit lässt sich im Vergleich mit den  früheren     Nickel-Kupfer-Aluminiumlegierun-          gen    um 10     bs    15 % erhöhen.

   Die höheren       Zugfestigkeiten    werden ohne wesentliche  Verminderung der Geschmeidigkeit erhalten.       Warmgess"alzte    Legierungen nach der Erfin  dung können bis auf     mindestens   <B>265</B>     Brinell          gehärtet    werden, und ungefähr 300 Brinell-    stellen einen Mittelwert dar.

   Kalt gezogenes  oder kalt bearbeitetes Material in kleineren  Abschnitten, beispielsweise bis zu ungefähr  25 mm     Querschnittsdicke,    erreicht im allge  meinen     Brinell-Härtewerte    von 325 oder  mehr, wenn es, wie beschrieben, wärmebehan  delt wird, aber grössere kalt bearbeitete Ab  schnitte geben nicht viel höhere Härtewerte  als dieselben     Abschnitte,    wenn warm     ge-          ,valzt.    Als Beispiel der Verbesserung in     be-          zug    auf Warmgeschmeidigkeit sei erwähnt,  dass eine Legierung gemäss der Erfindung  einen Temperaturbereich, innerhalb dessen  sie warmgeschmiedet werden kann,

   ohne dass       Rissbildung    oder andere Schädigung auf  tritt, von ungefähr 450  C besass, während       eine        Legierung    von praktisch derselben Zu  sammensetzung, aber ohne jedes Titan, einen  nur etwa halb so grossen solchen Bereich  aufwies. Dieser Unterschied in der     Warm-          liäminerbarkeit    stellt den Unterschied dar  zwischen Material, das nicht wirtschaftlich       hämmerbar    ist und solchem, das     wirtseha.ft-          lich        hämmerbar    ist.  



  Die Legierungen gemäss der Erfindung  eignen sieh für die Herstellung mancherlei  Gegenstände. Zu solchen gehören Walzen  und Lagerkugeln, Lager und Laufkränze  dafür, Rollenketten, nichtmagnetische, durch  den Fallhammer geschmiedete Stücke und  Spannstäbe für Flugzeuge, Ventilsitze und an  dere Ventilteile, Pumpenstangen und     dergl.,          Pumpenstangeubüclisen,    Pumpenkolben für  hohe Drücke und     Temperaturen,        Plungerkol-          ben,        Turbinenschaufeln,    Scheidewände für       Turbinensehaufelungen,        Verschlussseheiben,     Schrauben und     Muttern,    Werkzeuge, Schneid- ;

    klingen und dergleichen, Zapfen und Nadeln,  Federn und andere federnde Elemente, Teile  von Flugzeuginstrumenten,     Brennerdüsen,     Stanzen, Blätter,     Streifen,    Draht, gewalzte  Stäbe, Schablonen usw.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH I: Gehärtete Nicl@el-Kupfer-Aluminiumle- gierung, dadurch gekennzeichnet, dass sie 50 bis 85 % Nickel, zwischen 45 und 10 % Kup fer, 2 bis 4 % Aluminium, mindestens 0,25 und weniger als 1 % "Titan und 0,05 bis 0,3 % Kohlenstoff enthält. UNTERANSPRüCHE: 1. Legierung nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass der Aluminium gehalt zwischen 2,3 und 3,4%, der Titan gehalt zwischen 0,4 und<B>0,75%</B> liegt.

   2. Legierung nach Patentanspruch I und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ihr Nickelgehalt zwischen 63 und<B>70%,</B> der Kupfergehalt zwischen 33 und 26 %, der Aluminiumgehalt zwischen 2,7 und 3,1%, der Titangehalt zwischen 0,4 und<B>0,6%</B> und der Kohlenstoffgehalt zwischen 0,13 und 0,20% beträgt. 3. Legierung nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass sie noch 0,05 bis 1 % Silicium enthält. 4. Legierung nach Patentanspruch I und Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, .dass der Gehalt an Silicium 0,2 bis 0,4% be trägt. 5. Legierung nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass sie noch 0,05 bis 2 % Mangan enthält. 6.

   Legierung nach Patentanspruch I und Unteranspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Mangangehalt zwischen 0,25 und 0,5 % beträgt. 7. Legierung nach Patentanspruch I, ,da durch gekennzeichnet, dass sie noch 0,05 bis <B>10%</B> Eisen enthält. B. Legierung nach Patentanspruch I und Unteranspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass .der Eisengehalt zwischen 0,2 und 1 liegt. 9.

   Legierung nach Patentanspruch I, @da- durch gekennzeichnet, dass sie eine Härte von über 265 Brinell aufweist. PATENTANSPRUQH II: Verfahren zum Herstellen einer Legie rung nach Patentanspruch I, dadurch ge kennzeichnet, dass die Legierung während i/2 bis, 16 Stunden auf einer Temperatur zwischen 538 und<B>660'</B> C gehalten und dann auf mindestens 482' C derart abgekühlt wind, dass der Betrag der :Kühlung bei Tem peraturen unter<B>593'</B> C nicht mehr als<B>28'</B> C stündlich beträgt.

   UNTERANSPRüCHE 10. Verfahren nach Patentanspruch IT, dadurch gekennzeichnet, dass der Betrag der Kühlung bei Temperaturen über<B>593'</B> C 42' C stündlich nicht übersteigt. 11. Verfahren nach Patentanspruch II und Unteranspruch 10, dadurch gekennzeich net, dass der Betrag der Kühlung bei Tem peraturen unter 593 C 14 C die Stunde nicht übersteigt.