CH223362A - Verfahren zur Wärmebehandlung von Eisenlegierungen. - Google Patents

Description

      Terfahren    zur     Wärmebehandlung    von Eisenlegierungen.    Für die Technik sind häufig Legierun  gen erwünscht, deren     Elastizitätsmodul    sich  in einer bestimmt vorgeschriebenen Weise  mit der Temperatur ändert. Derartige Legie  rungen werden     beispielsweise    für die Unruh  federn von Uhren gebraucht. Für diesen  Zweck werden im allgemeinen solche Legie  rungen gewünscht, bei denen der Temperatur  koeffizient des     Elastizitätsmoduls    möglichst  klein     ist.    Durch die Grösse des     Elastizitäts-          moduls    der     Unruhfeder    wird der Gang der  Uhr bestimmt.

   Wenn der     Elastizitätsmodul          m    einem bestimmten Temperaturbereich weit  gehend unabhängig von der Temperatur ist,  dann ist in diesem Temperaturbereich der  Gang der Uhr gleichmässig. Es kann aber  auch erwünscht sein, dass der     Elastizitäts-          modul    sich in Abhängigkeit von der Tem  peratur in einer bestimmt vorgeschriebenen  Weise ändert, um andere Einflüsse, die den  Gang der Uhr mitbestimmen,     auszugleichen,          beispielsweise    die     Dimensionen    der Unruhe,    auch die Zähigkeit des     C)ls    in der Uhr.

   Für  andere technische     Zwecke    kann es auch von  Interesse sein, einen. bestimmt vorgeschrie  benen positiven oder     negativen    Temperatur  koeffizienten des     Elastizitätsmoduls    zu  haben, insbesondere für Federn in allen Ar  ten von     Messinstrumenten,    in denen man mit  der Feder gleichzeitig Temperaturfehler son  stiger Bauteile ausgleichen möchte.  



  Die bisher     entwickelten    Legierungen ge  nügen den Anforderungen an eine Unabhän  gigkeit des     Elastizitätsmoduls    von der Tem  peratur     insofern    noch nicht, als man nur in  der Lage war, Legierungen herzustellen, dis       etwa    im Bereich von - 20 bis     -f-    40   im       Elastizitätsmodul    einigermassen unabhängig  von der Temperatur waren.

   Beispielsweise  für nautische und namentlich Luftfahrt  instrumente genügt eine Temperaturunabhän  gigkeit des     Elastizitätsmoduls    in diesem       Temperaturbereich    noch nicht, sondern es be  steht das Bedürfnis, über Legierungen zu      verfügen, die im Bereich von - 60 bis     +    40    im     Elastizitätsmodul    weitgehend unabhängig       "on    der     Temperatur    sind.  



  Es ist nun schon vorgeschlagen worden,  für die genannten Zwecke     Nickel-Eisen-Le-          gierungen    zu verwenden, denen noch Metalle  der Chromgruppe zugesetzt waren. Diese Le  gierungen enthielten beispielsweise 25 bis       4010'    Nickel 0,5 bis 2 % Beryllium und Zu  sätze von 5 bis 12     %    von einem oder mehreren  der Metalle     Molybdän,    Chrom und Wolfram,  sowie an Stelle dieser Metalle oder neben  ihnen bis zu 2 % Titan. Dabei konnte man  mit: ein und derselben Legierung beispiels  weise erreichen, dass der Temperaturkoeffi  zient des     Elastizitätsmoduls    eine bestimmte  Grösse hat.  



  Es wurde nun gefunden, dass man Eisen  legierungen, die einen Nickelgehalt von 32  bis<B>50%</B> und einen     Berylliumgchalt    von 0,2  bis 3% aufweisen, durch eine Wärmebehand  lung so beeinflussen kann, dass ihr     Elastizi-          tätsmodul    sich in einer bestimmt vorgeschrie  benen     @Äreise    mit der Temperatur ändert, das  heisst, dass er innerhalb ein und desselben       Temperaturbereiches    in Abhängigkeit von der       Temperatur    einen verschiedenen Verlauf neh  men kann.

   Man nahm nämlich bisher an, dass  bei den     Legierungen,    die     einen        gewünschten          Temperaturkoeffizienten    des     Elastizitäts-          moduls    haben sollten, der     Temperaturkoeffi-          zient    durch die     Zusainmerisetzimg    der     LeUie-          rungen    bestimmt sei,     und        rlass    der Tempera  turkoeffizient sehr empfindlich von der ge  nauen     Zusammensetzung    der     Legierungen    ab  hinge.

   Es     war    nicht bekannt, dass     nian    den       Temperaturkoeffizienten    ohne Änderung der  Legierungszusammensetzung, lediglich     dui,cli     eine     Wärmebehandlung,    in     weitem        l\nifaiig     beeinflussen     kann,    wenn     nian        eine    Legierung  verwendet., bei welcher der Temperaturkoeffi  zient des     Elastizitätsmoduls    in ein und dem  selben     Temperaturgebiet    auf verschiedene  Werte gebracht werden kann.  



  Gegenstand der Erfindung ist ein Ver  fahren zur     Wärmebehandlung    von Eisen  legierungen, die einen Nickelgehalt von 32  bis 50 % , vorzugsweise 32 bis 36 %, und einen         Berylliumgehalt    von 0,2 bis 3     %    aufweisen,  welches dadurch gekennzeichnet ist, dass  zwecks Erzielung eines     Elastizitätsmoduls,     der sieh in     bestimmt    vorgeschriebener Weise  mit der Temperatur ändert, die Legierungen  einer Wärmebehandlung durch Abschrecken  von einer Temperatur von mindestens<B>800'</B>  und Anlassen bei einer Temperatur von min  destens 350   unterworfen werden, wobei  man Legierungen verwendet,

   bei welchen der       Temperaturkoeffizient    des     Elastizitätsmoduls     in ein und demselben Temperaturgebiet auf  verschiedene Werte gebracht werden. kann.  Vorzugsweise werden die Legierungen nach  einem Abschrecken von 800 bis l200" für  einige Minuten bis zu mehreren Stunden auf  Temperaturen zwischen 350 und 700   an  gelassen. Ein etwa vorhandener Kohlenstoff  gehalt der zu behandelnden     Legierungen    liegt  vorteilhaft unter     0,1%,    jedoch können auch  Legierungen mit höheren Kohlenstoffgehal  ten nach dem erfindungsgemässen Verfahren  behandelt werden.  



  Ausser den genannten Metallen können die  zu behandelnden Legierungen noch enthalten:  bis zu 3 % Mangan,     vorzugsweise   <B>2%,</B> oder  bis zu 1 % Silizium oder beide Elemente, bis  zu 5 % Aluminium, bis zu     15901'    eines     Me-          talles    der 5. und 6.

   Gruppe des periodischen       Systems,    nämlich Wolfram,     Molybdän,     Chrom,     Uran    oder     Tantal    oder mindestens       zwei    der Metalle dieser     (-ruppen    in einer     Ge-          samtmenge    von bis zu     20%.    Ferner können  auch     Legierungen    zur Verwendung kommen,

    welche bis zu 5 % Titan oder bis zu 5 %       Vanadin    oder     beide        Metalle    in einer Gesamt  menge bis zu     5i         0        eiitlialten.        Vorzugsweise          verwendet,        inan        LegierLingen,    die im Rahmen  der     obengenannten        Grenzen    bei     niedrigem          Berylliumgebalt    einen holten     Titangehalt    und       ningekehrt    aufweisen.  



  Versuche haben ergeben, dass sich     Legie-          rungen    der     vorbeschriebenen    Art dadurch aus  zeichnen, dass durch die erfindungsgemässe  Wärmebehandlung der Temperaturkoeffi  zient ihres     Elastizitätsmodrrls    sich derart be  einflussen lässt, dass man je nach Wunsch  innerhalb eines     vorgegebenen    Temperatur-           bereiclies    beispielsweise entweder einen mit       steigender    Temperatur abnehmenden     Elasti-          zitätsmodul,

      einen von der     Temperatur    prak  tisch unabhängigen     Elastizitätsmodul    oder  einen mit der Temperatur steigenden     Ela,sti-          zitätsmodul    erhalten kann.  



  In der     Fig.    1 der beiliegenden Zeichnung  ist die Abhängigkeit des     Elastizitätsmoduls     von der Temperatur für eine Legierung aus  36 % Nick     e1,    1 % Beryllium,     :.J    % Titan, 0,8  Mangan, 0,1 % Silizium, 60,1 % Eisen wieder  gegeben, wobei in Abhängigkeit von der Tem  peratur in   C (Abszisse) die Änderungen des       Elastizitätsmoduls    bei 20   C in      /"o    (Ordi  nate) angegeben sind. Die der Kurve 1 zu  grunde liegende Probe wurde nach dem Ab  schrecken von<B>1000'</B> 1 Stunde bei<B>6.50'</B> ver  gütet.  



  Die der Kurve 2 zugrunde liegende Probe  wurde nach dem Abschrecken von 1000    1 Stunde bei<B>550'</B> C vergütet.  



  Die der     Kurve    3 zugrunde liegende Probe  wurde nach dem Abschrecken von 1000    1 Stunde bei<B>500'</B> C     vergütet.     



  Die der Kurve 4 zugrunde liegende Probe  wurde nach dem Abschrecken von 1000   1 Stunde bei 450   C vergütet.  



  Man sieht, dass die     Probe    3     innerhab    des       Temperaturbereiches    von -- 60 bis     +    20    einen     Elastizitätsmodul    besitzt, der von der  Temperatur     praktisch    unabhängig ist. Dies  gilt insbesondere für das Temperaturbereich  von - 20 bis     +    20  . In dem Bereich von  - 20 bis     +    20   besitzt die Probe 2 aus dem  gleichen Werkstoff einen     Elastizitätsmodul,          der    mit steigender Temperatur mässig stark  fällt.

   Die Probe 1 zeigte einen     Elastizitäts-          modul,    der im gleichen Temperaturbereich  sehr stark mit der Temperatur abfällt. Der  Verlauf des     Elastizitätsmoduls    in Abhängig  keit von der Temperatur ist bei der Probe 1  etwa ebenso wie derjenige von schwedischem       Kohlenstoffstahl.     



  Im Gegensatz dazu hat man an Probe 4  einen Werkstoff, dessen     Elastizitätsmodul    im  Bereich von - 60 bis     -j-    20   mit der Tem  peratur starb ansteigt, und zwar im Bereich  von - 20 bis     +    20   etwa in gleichem Masse,    wie bei der Probe 1 der     Elastizitätsmodul     fällt.

   Die Möglichkeit, den     Elastizitätsmodul     an ein und demselben Werkstoff derart weit  gehend verschieden zu gestalten, ist mit an  dern Werkstoffen nicht gegeben und ist eine  besondere Eigentümlichkeit der Legierungen,  die neben den übrigen obengenannten Be  standteilen     vorzugsweise    etwa<B>36%</B> Nickel  enthalten. Ähnliche Kurven, wie     in    der     Fig.    1  dargestellt, wurden beispielsweise an einem  Werkstoff gemessen, der 36 % Nickel, 2  Beryllium, 0,8 % Mangan, 0,1 % Silizium und  61,1 % Eisen enthält.  



  Die in der     Fig.    1 wiedergegebenen Kur  ven stellen natürlich nur einzelne Möglich  keiten des     Verlaufes    des     Elastizitätsmoduls     in Abhängigkeit von der Temperatur dar, die  sich durch verschiedene Wärmebehandlungen  bei ein und demselben     Werkstoff    erreichen  lassen. Durch feinere Abstufung der Wärme  behandlung, also der     Anlasstemperatur    und  der     Anlassdauer,    lassen sich noch beliebige       Zwischenstufen    erreichen.  



  Die Wärmebehandlung der Legierungen  kann in der Weise durchgeführt werden, dass  zwischen das Abschrecken von Temperaturen  von 800 bis 1200   und das Anlassen auf  Temperaturen von 350 bis 700   eine Kalt  verformung, z. B. durch Walzen, Ziehen,  Hämmern eingeschaltet wird. Die     Anlass-          dauer    kann sich zwischen einigen Minuten  und mehreren     Stunden    bewegen. Sie kann       beispielsweise    zur Erzielung der gleichen  Wirkung bei 700   15 Minuten und bei 400    3 Stunden betragen. Je niedriger die     Anlass-          tempera.tur    ist, desto grösser muss die     Anlass-          dauer    sein und umgekehrt.  



  Zur Erzeugung eines mit zunehmender  Temperatur steigenden     Elastizitätsmoduls     werden die Legierungen vorzugsweise: bei  niedriger     Anlasstemperatur        bezw.    für kurze  Zeit angelassen, während zur Erzeugung  eines mit zunehmender Temperatur fallenden       Elastizitätsmoduls    die Legierungen vorzugs  weise bei hohen     Anlasstemperaturen        bezw.     für lange Zeit angelassen werden.  



  Die beschriebenen Probeversuche     zeigen,     dass die Legierungen, die zur Verwendung      für das beschriebene     Wärmebehandlungsver-          fahren    bestimmt sind, sich auch noch dadurch  auszeichnen, dass der Temperaturkoeffizient  ihres     Elastizitätsmoduls    bis zu sehr tiefen  Temperaturen, also beispielsweise bis - 60  ,  auf einen gewünschten Wert gebracht werden  kann.    In ähnlicher Weise wie der Temperatur  koeffizient des     Elastizitätsmoduls    kann durch  eine entsprechend abgestufte Wärmebehand  lung auch der für die     Uhrentechnik    wichtige       thermoelastische    Koeffizient einer Unruh  feder beeinflusst werden.

   Der     thermoelastische     Koeffizient bestimmt die tägliche Gang  abweichung der Uhr in Abhängigkeit von der  Temperatur. Dieser     thermoelastische    Koeffi  zient wird weitgehend von dem Elastizitäts  modul bestimmt, und es ist daher verständ  lich, dass es bei Verwendung der beschrie  benen Legierungen möglich ist, durch eine       entsprechend    gewählte Wärmebehandlung  auch den     thermoelastischen    Koeffizienten  und damit den Gang der Uhr in gewünschter  Weise zu beeinflussen.

   Man kann beispiels  weise die Wärmebehandlung so wählen, dass  der     thermoelastische    Koeffizient mit steigen  der Temperatur zunimmt, das heisst dass mit  steigender Temperatur eine im übrigen von       Temperaturfehlern    freie Uhr täglich um  einen bestimmten     Betrag    vorgeht, oder man  kann die Wärmebehandlung so vornehmen,  dass umgekehrt der     thermoelastische    Koeffi  zient mit fallender Temperatur zunimmt und  damit eine im übrigen von Temperaturfeh  lern freie Uhr die Neigung hat, bei tieferen  Temperaturen vorzugehen. Das letztere ist  insbesondere dann wichtig, wenn dadurch der  Einfluss der bei fallender Temperatur zuneh  menden Zähigkeit des Öls in der Uhr aus  geglichen werden soll.  



  In     Fig.    2 der     Zeichnung    ist als Ordinate  der tägliche Gang einer Uhr in Sekunden ein  getragen und als Abszisse die Temperatur.  Wenn die Temperaturabhängigkeit des täg  lichen Ganges durch die gerade Linie a be  stimmt ist, dann ist der     thermoelastische    Ko  effizient gegeben durch die     Tangente    des    Neigungswinkels der geraden Linie a gegen  die     Abszissenachse.     



  In der Uhrenindustrie spielt ferner eine  Rolle der sogenannte     Sekundärfehler.    Die Ab  hängigkeit des täglichen Ganges der Uhr von  der Temperatur ist im allgemeinen nicht  durch eine gerade Linie gegeben, wie sie in       Fig.    2 dargestellt ist, sondern durch eine  gekrümmte Linie, wie sie beispielsweise in       Fig.    2 mit b eingetragen ist.

   Der Sekundär  fehler ist dann durch die grössten Abweichun  gen dieser gekrümmten Linie' b von der ge  raden Linie a gegeben, also     in        Fig.    2 durch  die Strecken E     bezw.        El.    Auch dieser Sekun  därfehler lässt sich in gewünschter Weise bei  den beschriebenen Legierungen durch ver  schiedene Wärmebehandlungen beeinflussen,  und es lassen sich durch verschiedene Wärme  behandlungen positive (E) oder negative     (El)     Werte des Sekundärfehlers erreichen, oder  anders     ausgedrückt,    verschieden     gerichtete     Krümmungen in der Kurve, die die tägliche  Gangabweichung der Uhr in Abhängigkeit von  der Temperatur darstellt.  



  Man hat es also durch verschiedene  Wärmebehandlungen in der Hand, die ela  stischen Eigenschaften der Werkstoffe und  damit insbesondere die für die Uhrenindustrie  wichtigen Eigenschaften weitgehend zu be  einflussen, und zwar so, dass nicht nur die  absolute Grösse des     Temperaturkoeffizienten     des     Elastizitätsmoduls    beeinflusst wird, son  dern sogar der Temperaturkoeffizient von  stark positiven zu stark negativen Werten  verschoben werden kann.  



  Aus den beschriebenen und in der ange  gebenen Weise behandelten Legierungen be  stehende     Gegenstände    haben ausserdem noch  den sehr wichtigen Vorteil, dass sie nur eine  sehr geringe elastische Nachwirkung zeigen.  Wenn solche     Gegenstände    beispielsweise als  Barometerdosen oder     Bourdon-Rohre    ausge  bildet sind, dann nehmen die Membranen,  wenn sie nach Durchlaufen eines Druck  bereiches wieder dem ursprünglichen     Druch     ausgesetzt werden;

   mit     grosser    Genauigkeit  wieder die     Ausgangslage    an, während Nem-      braven     aus    andern hierfür verwendeten Le  gierungen häufig nicht wieder in ihre Aus  gangslage zurückkehren, wenn der Druck den  ursprünglichen Wert     wieder    erreicht hat.  Dieser     Nachteil    bekannter Legierungen  macht sich insbesondere bei     Messdosen    von       Barometern    bemerkbar, die, z. B. in Flug  zeugen, zur Druckmessung in grossen Höhen  verwendet werden sollen.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Verfahren zur Wärmebehandlung von Eisenlegierungen, die einen Nickelgehalt von 32 bis<B>50%</B> und einen Berylliumgehalt von 0,2 bis 3 % aufweisen, dadurch gekennzeich net, dass zwecks Erzielung eines Elektrizi tätsmoduls, der sich in bestimmt vorgeschrie bener Weise mit der Temperatur ändert, die Legierungen einer Wärmebehandlung durch Abschrecken von einer Temperatur von min destens 800 und Anlassen bei einer Tem peratur von mindestens 850 unterworfen werden, wobei manLegierungen verwendet, bei welchen der Temperaturkoeffizient des Ela- stizitätsmoduls in ein und demselben Tem peraturgebiet auf verschiedene Werte ge bracht werden kann.

   UNTERANSPRüCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die Legierungen nach einem Abschrecken von 800 bis 1200 für einige Minuten bis zu mehreren Stunden auf Temperaturen zwischen 350 und 700 angelassen werden. 2. Verfahren nach Patentanspruch und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Legierung verwendet wird, die noch bis zu 3 % Mangan enthält. 3. Verfahren nach Patentanspruch und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Legierung verwendet wird, die noch bis zu 1 % Silizium enthält. 4. Verfahren nach Patentanspruch und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Legierung verwendet wird, die noch bis zu 5 % Aluminium enthält.

   Verfahren nach Patentanspruch und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Legierung verwendet wird, die noch bis zu<B>155v,</B> eines Metalles der fünften und sechsten Gruppe des periodischen Systems enthält. 6. Verfahren nach Patentanspruch und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Legierung verwendet wird, die noch mindestens zwei Metalle der fünften und sechsten Gruppe des periodischen Systems in einer Gesamtmenge bis zu 20% enthält. 7. Verfahren nach Patentanspruch und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man eine Legierung verwendet, die noch bis zu 5 % Titan enthält. B.

   Verfahren nach Patentanspruch und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man eine Legierung verwendet, die noch bis zu 5 % Vanadin enthält. 9. Verfahren nach Patentanspruch und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Legierung verwendet wird, die 32 bis<B>36%</B> Nickel enthält. 10. Verfahren nach Patentanspruch und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Legierung verwendet wird, die noch Kohlenstoff enthält. 11. Verfahren nach Patentanspruch und den Unteransprüchen 1 und 10, dadurch ge kennzeichnet, dass eine Legierung verwendet wird, deren Kohlenstoffgehalt weniger als 0,1 % beträgt. 12.

   Verfahren nach Patentanspruch und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung eines mit zunehmender Temperatur steigenden Elastizitätsmoduls die Legierungen bei niedriger Anlasstemperatur behandelt werden. 13. Verfahren nach Patentanspruch und Unteranspruch- 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung eines mit zunehmender Temperatur steigenden Elastizitätsmoduls die Legierungen kurzzeitig angelassen werden. 14.

   Verfahren nach Patentanspruch und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung eines mit zunehmender Temperatur fallenden Elastizitätsmoduls die Legierungen hei hohen Anlasstemperaturen behandelt werden. 15. Verfahren nach Patentansi;ruch und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung eines mit zunehmender Temperatur fallenden Elastizitätsmoduls die Legierungen für lange Zeit angelassen wer den.