DE69006830T2 - Rostfreie Formgedächtnislegierung und Verfahren zu ihrer Herstellung. - Google Patents
Rostfreie Formgedächtnislegierung und Verfahren zu ihrer Herstellung.Info
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine rostfreie Eisenbasislegierung, welche einen sogenannten Formerinnerungseffekt zeigt, der darin besteht, daß nach einer bestimmten mechanischen Kaltverformung durch Erwärmen die Ausgangsform wiedergewonnen wird, wobei die Formerinnerungslegierung für Produkte, wie Bleche, Drähte, Profile, die insbesondere in gewerblichen Anwendungen, wie Rohranschlüssen, Muffen, Schrumpfringen und Reifen, verwendet werden.
- Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Legierung.
- Formerinnerungs-Metallegierungen sind seit vielen Jahren bekannt und wurden lange Zeit lediglich als Laboratoriumsprodukte betrachtet, da ihre Herstellungskosten es nicht ermöglichten, eine gewerbliche Entwicklung ins Auge zu fassen.
- In den letzten Jahren wurden nicht-rostfreie Eisenbasislegierungen, die einen Formerinnerungseffekt aufweisen und einer gewerblichen Anwendung zugänglich sind, entwikkelt.
- Zur Vermeidung des Oxidationsproblems solcher Legierungen haben sich die Untersuchungen auf die Gewinnung von nicht-oxidierenden Formerinnerungslegierungen auf Eisenbasis gerichtet.
- Es ist bekannt, daß der Formerinnerungseffekt eine Erscheinung ist, die mit der Modifikation in der Legierung von einer austenitischen γ-Ausgangsphase in eine martensitische ε-Phase zusammenhängt, wobei die Modifikation in einem Temperaturintervall erzeugt wird, das durch eine bestimmte mechanische Verformung bestimmt wird. Der Temperaturbereich, in welchem die ε-Phase hervorgerufen werden kann, ist auf ein Temperaturintervall [Ms, Mf] beschränkt, bei dem Ms die Anfangstemperatur der martensitischen Umwandlung und Mf die Endtemperatur der martensitischen Umwandlung ist, wobei das Temperaturintervall allgemein zwischen +100ºC und -50ºC liegt.
- Die mechanische Verformung kann nach einer Erwärmung der verformten Legierung auf eine Temperatur, die in einem Temperaturbereich liegt, in welchem die martensitische ε- Phase in eine austenitische γ-Phase zurückkehrt, teilweise oder vollständig ausgelöscht werden, wobei der Temperaturbereich auf eine Intervall [As, Af] beschränkt ist, bei welchem As die Anfangstemperatur der martensitischen Rückbildung und Af die Endtemperatur der martensitischen Rückbildung ist, wobei das Temperaturintervall zwischen 50ºC und 300ºC liegt.
- Der Formerinnerungseffekt wird erreicht, indem man die Bildung des ε-Martensits bei mechanischen Verformungen begünstigt.
- Hierzu ist es erforderlich, die Stapelfehlerenergie einer in der Legierung enthaltenen austenitischen γ-Phase vor der mechanischen Verformung zu reduzieren.
- Die Notwendigkeit, die Stapelfehlerenergie zu vermindern, hängt mit den kristallographischen Strukturen der ε- und γ-Phasen zusammen. Eine intrinsische Stapelfehlerenergie in der kubisch flächenzentrierten Struktur der γ-Phase wird als eine hexagonale bzw. ε-Phase behindernd angesehen, da der Übergang aus einer γ-Phase in eine ε-Phase durch die Bewegung einer partiellen Schockley-Versetzung jede zweite Kristallebene gewonnen wird.
- Ein Beispiel für eine Formerinnerungslegierung ist in ihrer Zusammensetzung durch die japanische Patentanmeldung Nr. 60.249957, die EP-A-176 272 gegeben.
- Die Legierung setzt sich zusammen aus:
- - 20 bis 40 % Mangan,
- - 3,5 bis 8 % Silizium,
- - einem oder mehreren Bestandteilen, wie Chrom, Nickel, Kobalt, in einem Gehalt unter 10 %,
- - weniger als 2 % Molybdän,
- - und weniger als 1 % Kohlenstoff, Aluminium und Kupfer.
- Es ist in dieser Patentanmeldung einerseits genau angegeben, daß die ε-Phase, die den Formerinnerungseffekt erzeugt, nur mit Gehalten an Mangan oberhalb 20 % herbeigeführt werden kann, und daß oberhalb eines Mangangehalts von 40 % eine andere als die ε-Phase unter Verlust des Formerinnerungseffekts vorherrscht, und andererseits, daß Silizium die Erzeugung der ε-Phase begünstigt, wobei Gehalte an Silizium oberhalb 8 % Schwierigkeiten bei der Herstellung der Legierung und einen Verlust von Bearbeitungseigenschaften der Legierung nach sich ziehen.
- Es ist in dieser Anmeldung auch angegeben, daß Chrom, das die Gewinnung der ε-Phase verbessert, auch intermetallische Verbindungen mit niedrigem Schmelzpunkt hervorruft, was mit Gehalten oberhalb 10 % große Herstellungsschwierigkeiten für die Legierung nach sich zieht. Bei der beschriebenen Legierungszusammensetzung bleiben die Chromgehalte unter 5 %.
- Obwohl das genannte Werteintervall für die Mangangehalte 20 bis 40 % ist, sieht man, daß der Mittelwert der Mangangehalte der untersuchten und in einer Zusammensetzungsbeispiele darstellenden Tabelle zusammengestellten Legierungen von der Größenordnung 30 % ist. Ferner ist es im Gegensatz zur verbreiteten Lehre auch möglich, eine ε-Phase in einer Eisenbasislegierung zu gewinnen, wenn der Gehalt an Mangan unter 20 Gew.-% liegt.
- Die in der japanischen Patentanmeldung Nr. 60.249957 beschriebene Legierung ist keine rostfreie Legierung und die im Hinblick auf die angegebenen Gehalte vorgebrachten Argumente zeigen, daß es nicht in Betracht ziehbar ist, mit einer solchen Zusammensetzung eine rostfreie Legierung zu gewinnen.
- Es ist auch eine rostfreie Formerinnerungslegierung bekannt, die von der Firma NKK Corporation vertrieben wird und in der Patentanmeldung EP-A-336 157 beschrieben ist und deren Zusammensetzung die folgende ist:
- - 0,1 bis 5 % Chrom
- - 1 bis 14,8 % Mangan
- - 2 bis 8 % Silizium
- - 0,001 bis 0,4 % Stickstoff,
- wenigstens eine von drei folgenden Verbindungen:
- - 0,1 bis 20 % Nickel,
- - 0,1 bis 30 % Kobalt,
- - 0,1 bis 3 % Kupfer.
- Die von Chrom verschiedenen Elemente sind so eingestellt, daß man den Formerinnerungseffekt durch Rückbildung der martensitischen Phase in einem definierten Temperaturintervall zwischen 150ºC und 300ºC erhält.
- Eine solche Legierung enthält einen großen Anteil an Nickel und Kobalt, die strategische Materialien sind, deren, schwankender, Preis die Herstellungskosten für eine solche Legierung dominiert.
- Darüber hinaus erhöht Nickel, wenn es mit einem Gehalt oberhalb von 5 Gew.-% hinzugefügt wird, die Stapelfehlerenergie, während Elemente wie Mangan in einem Anteil unterhalb 14,8 % und Silizium diese Energie reduzieren, andererseits Stickstoff nur als Hilfslegierungselement in einem Anteil eingeführt wird, der einer Restverunreinigungsgrößenordnung entspricht.
- Eine weitere Formerinnerungslegierung ist in der japanischen Patentanmeldung Nr. 63.216946 beschrieben. In der Gesamtheit der beschriebenen Zusammensetzungen enthält eine, die rostfrei sein kann, Chrom, Silizium, 27,4 % Mangan und verleiht der Legierung einen Wiedergewinnungsanteil von 60 %.
- Die Erfindung hat eine rostfreie Eisenbasislegierung zum Gegenstand, die einen vollständigen sogenannten Formerinnerungseffekt zeigt, der darin besteht, daß nach einer bestimmten mechanischen Kaltverformung durch Erwärmen die Ausgangsform wiedergewonnen wird, dadurch gekennzeichnet, daß ihre Gewichtszusammensetzung die folgende ist:
- - 9 bis 13 % Chrom,
- - 15 bis 25 % Mangan,
- - 3 bis 6 % Silizium,
- - Rest Eisen und Restverunreinigungen, die aus dem Schmelzen der für die Herstellung notwendigen Stoffe herrühren, wobei die Anteile der Elemente der Beziehung
- 1,43(%Si) + 1(%Cr) ≤ 17
- genügen müssen.
- Gemäß weiterer Merkmale der Erfindung
- enthält die Legierung ferner in ihrer Gewichtszusammen-Setzung einen Stickstoffgehalt zwischen 0 und 0,3 Gew.-%, wobei die Anteile der Elemente der Beziehung
- 1,43(%Si) + 1(%Cr) ≤ 19,5 ≤ 0,66(%Mn) + 29(%N)
- genügen müssen,
- enthält die Legierung ferner in ihrer Gewichtszusammensetzung einen Gehalt an Element Nickel zwischen 0 und 5 Gew.-%, wobei die Anteile der Elemente der Beziehung
- 1,43(%Si) + 1(%Cr) ≤ 19,5 ≤ 0,66(%Mn)+29(%N)+2,1(%Ni)
- genügen müssen.
- Das Intervall der Chromgehalte wird dadurch bestimmt, daß die Legierung gegen Korrosion geschützt, d.h. sie nichtoxidierend gemacht sein soll, und Mangan ist das Hauptelement, das die Entstehung der martensitischen ε-Phase begünstigt.
- Die Ungleichungen rechtfertigen sich aus der Tatsache, daß der Gehalt an alphagenen Elementen (Cr, Si) begrenzt werden muß, um das Auftreten einer versprödenden Phase zu vermeiden, und andererseits der Gehalt an gammagenen Elementen dazu ausreichen muß, der Legierung bei der Einsatztemperatur eine vollständig austenische Struktur zu verleihen.
- Andererseits vermindert Silizium die Stapelfehlerenergie in der austenischen γ-Phase. Ferner verbessert Silizium in Gegenwart von Chrom die Korrosionsfestigkeit der Legierung, wenn sein Gehalt größer oder gleich 3 % ist.
- Der Stickstoff, von dem angemerkt worden ist, daß die Löslichkeitsgrenze in der Legierung ungefähr 0,3 % beträgt, erhöht die Elastizitätsgrenze der Legierung erheblich und begünstigt so das Auftreten der ε-Phase. Die große Löslichkeit des Stickstoffs in der Legierung ist an das Vorhandensein eines relativ hohen Gehalts an Mangan in der Legierung geknüpft.
- Der Stickstoff bietet auch den Vorteil, die Ausscheidung intermetallischer Verbindungen, wie der δ-Phase zu verhindern, und die Hinzufügung von Chrom in einem Gehalt, der ausreicht, der Legierung eine gute Korrosionsfestigkeit zu verleihen, zu gestatten.
- Nickel schließlich, an die Stelle von Mangan in Anteilen von unter 5 % gesetzt, erhöht nicht die Stapelfehlerenergie und verbessert die Duktilität der Legierung.
- Stickstoff und Nickel begrenzen die Erzeugung der versprödenden δ-Phase und vermindern folgerichtig die Sprödigkeit der Legierung unter Bewahrung ihrer Formerinnerungseigenschaften.
- Die Erfindung gestattet im Gegensatz zur Lehre, die in der japanischen Patentanmeldung Nr. 60.249957 gegeben wird, die Gewinnung einer Legierung, deren Gehalt an Chrom über 6 % liegt, wobei der Gehalt an Chrom zwischen 9 und 13 % der Legierung einen nicht-oxidierbaren Charakter verleiht.
- Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zur Herstellung einer solchen rostfreien Eisenbasislegierung, welche einen Formerinnerungseffekt aufweist, ausgehend von durch Gießen hergestellten Blöcken, dadurch gekennzeichnet, daß die Blöcke verschiedenen physikalischen und mechanischen Umformungsschritten unterworfen werden, die
- - ein Massivumformen in Flachmaterial bei einer Temperatur zwischen 1150 und 1250ºC,
- eine Oberflächenverbesserung zur Beseitigung von Oberflächendefekten,
- wenigstens ein Warmwalzen bei einer Temperatur zwischen 1000 und 1200ºC mit einem Reduzierungsgrad von über 70%,
- wenigstens ein Glühen bei einer Temperatur von über 900ºC während einer Zeit zwischen 1 und 30 Minuten nach jedem Warmwalzen,
- wenigstens ein Kaltwalzen mit einem Reduzierungsgrad von über 50 %,
- wenigstens ein Glühen bei einer Temperatur zwischen 900 und 1100ºC während einer Zeit zwischen 1 und 30 Minuten umfassen.
- Gemäß weiterer Merkmale der Erfindung
- wird das Warmwalzen bei einer Temperatur gleich 1100ºC durchgeführt,
- wird das Glühen nach jedem Kaltwalzen bei einer Temperatur gleich 1000ºC während 20 Minuten durchgeführt,
- wird das Glühen nach jedem Kaltwalzen bei einer Temperatur gleich 1000ºC während 20 Minuten durchgeführt.
- Die Erfindung wird im folgenden anhand von Versuchen und mit Blick auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, auf welchen
- Fig. 1 eine Rückbildungskurve der ε-Phase gemessen durch Röntgenbeugung in Abhängigkeit von der Temperatur bei einem Zusammenset zungsbeispiel einer erfindungsgmemäßen Legierung darstellt,
- Fig. 2 einen Satz von zwei Kurven des Verformungs- und Formwiedergewinnungsgrades auf mehreren aufeinanderfolgenden Verformungs- und Wiedergewinnungszyklen zeigt, wobei die eine der beiden Kurven die kumulierten Verformungs- und Formwiedergewinnungsgrade darstellt.
- Die Legierung gemäß der Erfindung ist eine Formerinnerungslegierung genannte rostfreie Eisenbasislegierung. Diese Legierung zeigt einen Formerinnerungseffekt, d.h. daß nach einer mechanischen Verformung bei Umgebungstemperatur die Legierung vollständig oder teilweise ihre Ausgangsform nach Erwärmen auf eine Temperatur in einem bestimmten Temperaturintervall, welches die Bildung der austenetischen γ-Phase mit kubisch flächenzentrierte Kristallstruktur begünstigt, wiedergewinnt.
- Die Legierung gemäß der Erfindung wird ausgehend von Gießblöcken hergestellt, deren Gewichtszusammensetzung die folgende ist:
- - 22 % Mangan,
- - 12 % Chrom
- - 5 % Silizium.
- Nachfolgend werden die Blöcke gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren einer Massivumformung bei 1200ºC in Platten von 15 mm x 100 mm x Länge unterworfen. Die Platten werden dann bis zu einer Dicke von 14 mm oberflächenverbessert bzw. geschliffen, um Oberflächendefekte zu beseitigen.
- Nach der Massivumformung werden die Platten einer Kaltwalzung bei 1100ºC in vier Schritten unterworfen, so daß Bleche einer Dicke von 1,5 mm gewonnen werden, dann einem Glühen bei 1000ºC während 20 Minuten und schließlich einer oder mehreren Kaltwalzungen, gefolgt jeweils von einem Glühen bei 1000ºC während 20 Minuten.
- Die Kenntnis der Temperatur der versprödenden Phasen hat es erlaubt, einen Behandlungszyklus für die Chargen zu bestimmen, der zur Gewinnung einer schmiedbaren Legierung geeignet ist.
- Nach Analyse stellt man fest, daß bei Umgebungstemperatur die erfindungsgemäße Legierung keine ε-Phase enthält.
- Die ε-Phase wird in der Legierung durch eine mechanische Verformung derselben bei Umgebungstemperatur erzeugt. Die Umgebungstemperatur liegt in einem Temperaturintervall, in welchem die ε-Phase erzeugt werden kann.
- Fig. 1 zeigt eine Rückbildungskurve für die ε-Phase.
- Für einen ersten Zyklus wird die Rückbildung der ε- Phase in einem Intervall [As, Af] verwirklicht, bei welchem As die Anfangstemperatur der martensitischen Rückbildung und Af die Endtemperatur der martensitischen Rückbildung ist.
- Dieses Intervall ist wenig verschieden von 100ºC mit As sehr wenig verschieden von 100ºC und Af sehr wenig verschieden von 200ºC.
- Beim Abkühlen ist die Anfangstemperatur der martensitischen Umformung Ms sehr wenig verschieden von 90ºC und die Endtemperatur de martensitischen Umformung Mf unterhalb der Umgebungstemperatur. Nach einigen Zyklen wird Ms kleiner (Ms sehr wenig verschieden von 50ºC).
- Die Proben, die zum Nachweis der auf den Formerinnerungseffekt zurückgehenden Verformungen hergestellt wurden, haben folgende Abmessungen:
- 1,5 mm x 8 mm x 95 mm.
- Eine Biegeverformung durch Biegewalzen auf einem Zylinder oder überdies in Zug wird auf jeder Probe durchgeführt und die Probe nach Verformung in einem Ofen angeordnet, dessen Temperatur sich von 50ºC zu 50ºC zwischen der Umgebungstemperatur und 500ºC ändert.
- In jeden Schritt wird die Verformung nach Rückkehr auf Umgebungstemperatur berechnet, und man stellt fest, daß die Wiedergewinnung der Form zwischen 50 und 250ºC stattfindet.
- Die Probe wird einer Folge von Zyklen Verformung-Temperaturanhebung unterworfen. Die Probe wird bei Umgebungstemperatur mit konstanter Verformungstemperatur verformt, dann auf 1000ºC erwärmt und in Luft abgekühlt. Durch Messen der Differenz zwischen der Ausgangsverformung und der Endverformung läßt sich ein Wiedergewinnungsprozentsatz bestimmen.
- Man kann zwei Wiedergewinnungsgrade in Abhängigkeit von einer variablen Verformungszykluszahl bestimmen. Den einen, indem man als Anfangsverformung die erste Verformung der Probe (kumulierte Verformung RC) nimmt, den anderen, indem man als Anfangsverformung die nach irgendeinem Verformungs- und Wiedergewinnungszyklus (R) realisierte nimmt.
- Fig. 2 stellt eine Kurve der Verformungs- und Formwiedergewinnungsgrade auf mehreren aufeinanderfolgenden Zyklen (R) und eine Kurve für Verformungs- und Formwiedergewinnungsgrade kumuliert auf mehreren Zyklen (RC) dar.
- Für eine Ausgangsdeformation von 1,2 % nach einem ersten Zyklus liegen die beiden Wiedergewinnungsgrade nahe 70 %. Im Laufe nachfolgender Zyklen bleibt der Formwiedergewinnungsgrad kontant und gleich in der Gegend von 95 %, während der kumulierte Formwiedergewinnungsgrad abnimmt.
- Vom zweiten Zyklus an kann man, da der Wiedergewinnungsgrad der Probe 94 % ist, den Erinnerungseffekt als vollständig ansehen. Der Wiedergewinnungsgrad von 94 % wird mit einem Anfangsverformungsgrad zwischen 0,7 % und 3,6 % erzielt, und die Wiedergewinnung der Ausgangsform erfolgt im wesentlichen zwischen Umgebungstemperatur und 300ºC.
- Verschiedene Legierungen gemäß der Erfindung sind hergestellt worden. Die Gewichtszusammensetzung der verschiedenen Blöcke ist in folgender Tabelle I dargestellt. Tabelle I Blöcke
- Die Kennwerte der Formerinnerungslegierungen sind in der folgenden Tabelle II dargestellt. Tabelle II Blöcke nach Zyklen
- Die Blöcke 10, 11 und 12 sind zur Unterrichtung angegeben und belegen, daß der Erinnerungseffekt verbessert wird, wenn der Punkt Ms knapp unter Umgebungstemperatur liegt.
- Der Grenzwert für den Mangangehalt, angenommen 25 % in der Gewichtszusammensetzung, wird durch die Tatsache definiert, daß über diesem Wert mit wenigstens 9 % Chrom und/- oder Nickel es schwierig ist, einen Formerinnerungseffekt zu erzielen, der ausreichend groß ist, daß er gewerblich nutzbar ist.
- Der Block 13, der ebenfalls zur Unterrichtung gegeben ist, zeigt, daß eine Verbesserung des Formerinnerungseffekts durch Beigabe von Silizium erreicht wird Dieser Effekt wird sinnfällig sowohl auf den Wiedergewinnungsgraden, nach drei Formwiedergewinnungszyklen (R) , als auch nach einer kumulierten Formwiedergewinnung auf zehn Zyklen (RC).
- Schließlich stellt man fest, daß alle die Legierung aufbauenden Elemente, ausgenommen Silizium, die Temperatur der martensitischen Umwandlung Ms vermindern.
- Silizium hat die Wirkung einer Erhöhung der Temperatur dieser Umwandlung, wobei dieser besondere Effekt von Silizium an das Vorhandensein von Mangan und an die Tatsache geknüpft ist, daß ε-Martensit mit Verminderung der Stapelfehlerenergie gebildet wird.
- Die Blöcke 3 und 4 zeigen, daß man Nickel in geringen Mengen, 2 und 4 %, zur Verbesserung der Duktilität der Legierung hinzufügen kann, ohne die Erinnerungseffekteigenschaften zu verschlechtern.
- Der Block 5 zeigt die positive Wirkung von Stickstoff auf die Formwiedergewinnung in dem Falle eines Formwiedergewinnungszyklusses (96 %) und im Falle mehrerer kumulierter Formgewinnungszyklen (45 %).
- Das Herstellungsverfahren gemäß der Erfindung ermöglicht die Gewinnung einer streckbaren Legierung, welche für eine Verformung von etwa 3 % pro Zyklus einen vollständigen Formerinnerungseffekt zeigt, wie dies in der Spalte Def. der Tabelle 2 angegeben ist, und die gewerblich eingesetzt werden kann.
- Die so hergestellte Formerinnerungslegierung kann zur Herstellung von Produkten, wie Blechen, Drähten oder Profilen realisiert werden, die insbesondere in gewerblichen Anwendungen, wie Rohranschlüssen, Muffen, Schrumpfringen oder Reifen verwendet werden.
Claims (7)
1. Rostfreie Eisenbasislegierung mit vollständigem sog.
Formerinnerungseffekt, der darin besteht, daß nach einer
bestimmten mechanischen Kaltverformung durch Erwärmung die
Ausgangsform wiedergewonnen wird, dadurch gekennzeichnet,
daß ihre Gewichtszusammensetzung die folgende ist:
9 bis 13 % Chrom,
15 bis 25 % Mangan,
3 bis 6 % Silizium,
Rest Eisen und Restverunreinigungen, die von dem
Aufschmelzen der für die Erstellung notwendigen Stoffe herrühren,
wobei die Verhältnisse der Elemente folgender Beziehung
genügen müssen:
1,43(%Si) + 1(%Cr) ≤ 17.
2. Rostfreie Legierung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß sie ferner in ihrer Gewichtszusammensetzung
einen Gehalt an Stickstoff zwischen 0 und 0,3 Gew.-%
enthält, wobei die Verhältnisse der Elemente folgender
Beziehung genügen müssen:
1,43(%Si) + 1(%Cr) ≤ 19,5 ≤ 0,66(%Mn) + 29(%N).
3. Rostfreie Legierung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß sie in ihrer Gewichtszusammensetzung einen
Gehalt an Element Nickel zwischen 0 und 5 Gew.-% enthält,
wobei die Verhältnisse der Elemente folgender Beziehung
genügen müssen:
1,43(%Si)+1(%Cr) ≤ 19,5 ≤ 0,66(%Mn)+29(%N)+2,1(%Ni).
4. Verfahren zur Herstellung einer einen sog.
Formerinnerungseffekt aufweisenden rostfreien Eisenbasislegierung
nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, ausgehend von durch
Gießen hergestellten Blöcken, dadurch gekennzeichnet, daß
die Blöcke verschiedenen Schritten physikalischer und
mechanischer Umformung unterworfen werden, die
- ein Massivumformen in Flachmaterial bei einer
Temperatur zwischen 1150 und 1250ºC,
- eine Oberflächenverbesserung zur Beseitigung von
Oberflächendefekten,
- wenigstens ein Warmwalzen bei einer Temperatur
zwischen 1000 und 1200ºC mit einem Reduzierungsgrad von über
70%,
- wenigstens ein Glühen bei einer Temperatur von über
900ºC während einer Zeit zwischen 1 bis 30 Minuten nach
jedem Warmwalzen,
- wenigstens ein Kaltwalzen mit einem Reduzierungsgrad
von über 50%,
- und wenigstens ein Glühen bei einer Temperatur
zwischen 900 und 1100ºC während einer Zeit zwischen 1 bis 30
Minuten umfassen.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß das Warmwalzen bei einer Temperatur von 1100ºC
ausgeführt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß das Glühen nach jedem Warmwalzen bei einer Temperatur
von 1000ºC während 20 Minuten erfolgt.
7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß das Glühen nach jedem Kaltwalzen bei einer Temperatur
von 1000ºC während 20 Minuten erfolgt.
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|---|---|---|---|---|
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|---|---|---|---|---|
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| CN1128244C (zh) * | 2000-10-26 | 2003-11-19 | 艾默生电气(中国)投资有限公司 | 含Cr和N铁锰硅基形状记忆合金及其训练方法 |
| JP3950963B2 (ja) * | 2002-12-18 | 2007-08-01 | 独立行政法人物質・材料研究機構 | NbC添加Fe−Mn−Si系形状記憶合金の加工熱処理法 |
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| US20080235920A1 (en) * | 2007-03-29 | 2008-10-02 | Dimart, Llc | Beach clamp |
| JP2010156041A (ja) * | 2008-12-04 | 2010-07-15 | Daido Steel Co Ltd | 双方向形状回復合金 |
| CN108486488A (zh) * | 2018-03-22 | 2018-09-04 | 南京工业大学 | 一种低Mn含量的Fe基形状记忆合金及制备方法 |
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| JPS63216946A (ja) * | 1987-03-04 | 1988-09-09 | Sumitomo Metal Ind Ltd | 形状記憶合金 |
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| US5032195A (en) * | 1989-03-02 | 1991-07-16 | Korea Institute Of Science And Technology | FE-base shape memory alloy |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102019109719A1 (de) * | 2019-04-12 | 2020-10-15 | Thyssenkrupp Steel Europe Ag | Verfahren zur Herstellung eines Formgedächtnis-Bauteils mit Umwandlungsfunktionalität |
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