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Verfahren zur Verbesserung der Bearbeitbarkeit von Alumnuum-Niekel-Eisen-Legierullgen.
Werden Legierungen, die Eisen als Hauptbestandteil, 7#40% Nickel, 3#20% Aluminium enthalten, nach einem der üblichen Formgiessverfahren, beispielsweise Sandguss oder Kokillenguss,
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zwar geschliffen werden, jedoch lassen sie eine spanabhebende Bearbeitung nicht zu.
Eine gute Bearbeitbarkeit der in Frage stehenden Legierungen ist aber oft sehr erwünscht.
Insbesondere wird durch eine gute Bearbeitbarkeit der in Formen vergossenen Legierungen die Herstellung von Magneten wesentlich erleichtert oder überhaupt erst ermöglicht. Der letztere Fall tritt ein, wenn der Magnet eine Gestalt erhalten soll, die auf dem Wege des Formgusses allein nicht verwirklich werden kann und für deren Verwirklichung eine gute mechanische Bearbeitbarkeit des gegossenen Magnetrohlings Voraussetzung ist. Es ist bekannt, dass die Bearbeitbarkeit von Magnetstahllegierungen mit Hilfe einer Wärmebehandlung verbessert werden kann.
Versuche haben ergeben, dass die Bearbeitbarkeit der erwähnten Eisen-Nickel-AluminiumLegierungen um so besser ist, je grösser das Verhältnis der in der Legierung vorhandenen Menge an
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der Legierung an " {-Mischkristallen entwickelt worden, u. zw. wird gemäss der Erfindung vorgeschlagen, zur Verbesserung der Bearbeitbarkeit einer Eisen-Nickel-Aluminium-Legierung, die Eisen als Hauptbestandteil, 3-20% Aluminium, 7-40% Nickel, das teilweise durch Kobalt ersetzt sein kann, sowie gegebenenfalls bis zu insgesamt 5% eines oder mehrerer der Metalle Chrom, Mangan, Molybdän, Silizium, Titan, Uran, Vanadium, Wolfram enthält, die Legierung auf eine Temperatur zu bringen, die über 700" C und unter dem Schmelzpunkt der Legierung liegt,
gegebenenfalls bei dieser Temperatur eine Zeitlang zu halten und alsdann kontinuierlich oder stufenweise in der Weise abzukühlen, dass die mittlere Geschwindigkeit der Abkühlung in dem Temperaturgebiet zwischen der Temperatur der a" y-Um- wandlung und 5000 C weniger als 50 C pro Minute, vorzugsweise etwa 10 C pro Minute, beträgt.
Für die Durchführung des Verfahrens ist es ohne wesentliche Bedeutung und hängt von den jeweiligen Betriebsverhältnissen ab, auf welchem Wege die Legierung auf diejenige Temperatur, von der aus in geregelter Weise abgekühlt werden soll, gebracht wird. Es ist sowohl möglich, erkaltete Gussstücke bis auf diese Temperatur zu erwärmen, als auch beim Abkühlen einer in Formen gegossenen Schmelze diese Temperatur abzupassen. Das letztgenannte Verfahren kann z. B. so durchgeführt werden, dass die Legierung in Sandformen vergossen wird und die auf die betreffende Temperatur in der Form abgekühlten Gussstücke aus der Form entfernt und in besonderen Öfen weiterbehandelt werden.
Das Verfahren gemäss der Erfindung wird beispielsweise im folgenden an Hand einer Figur erläutert. Die Figur stellt einen Schnitt gleichbleibenden Aluminium-Gehaltes (12-5% Aluminium) des Systems Aluminium-Nickel-Eisen dar. Auf der Ordinate ist die Temperatur in Graden Celsius aufgetragen, auf der Abzisse der Nickelgehalt in Gewichtsprozenten der Legierung. Oberhalb der Liquiduslinie a findet sich reine Schmelze vor (Gebiet S). Zwischen der Liquiduslinie a und der Soliduslinie b ist Schmelze plus K-Mischkristalle beständig. Unterhalb der Soliduslinie b und oberhalb der Linie c der a-Umwandlung besteht die Legierung aus schliesslich aus a-Mischkristallen (Gebiet A).
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Unterhalb der Linie c der a -+ " (-Umwandlung besteht die Legierung aus a-Mischkristallen und
Y-Mischkristallen (Gebiet B).
Die in üblicher Weise vergossenen Legierungen enthalten im wesentlichen a-Mischkristalle und gegebenenfalls noch einen geringen Anteil an' (-Mischkristallen. Jedoch ist der Gehalt der auf üblichem Wege vergossenen Legierung an -Mischkristallen auch bei den Giessverfahren mit langsamer Abkühlung und daher geringen Abkühlungsgeschwindigkeiten stets so niedrig, dass das Gussstück sich nicht spanabhebend bearbeiten lässt.
Während theoretisch die Möglichkeit besteht, in dem gesamten unterhalb der Linie c liegenden
Gebiet B durch Glühen der Legierung die für die betreffende Legierung grösstmögliche Ausbildung der y-Phase zu bewirken, spielt mit Rücksicht auf die Zeiträume, die für die Durchführung eines technischen Verfahrens zur Verfügung stehen, lediglich derjenige Teil des Gebietes B eine Rolle, der über 500 C liegt.
Innerhalb des Gebietes, das nach oben durch die Linie c der a-Umwandlung und nach unten durch die Waagerechte für die Temperatur von 500 C begrenzt ist, wird nun gemäss der Erfindung die mit der Ausscheidung von γ-Phase verbundene Verbesserung der Bearbeitbarkeit der Legierung durch das Einhalten einer bestimmten Abkühlungsgeschwindigkeit beim Abkühlen der heissen Legierung erzielt, u. zw. soll die Geschwindigkeit der Abkühlung in dem besagten Gebiet weniger als 5 C pro Minute, vorzugsweise etwa 10 C pro Minute, betragen.
Bevor in dieser Weise abgekühlt wird, wird erfindungsgemäss die Legierung auf eine Temperatur gebracht, die oberhalb 700 C und unterhalb des Schmelzpunktes der jeweiligen Legierung-für die in der Figur einbezogenen Legierungen unterhalb der Soliduslinie b gelegenen Temperaturen-liegt.
Die Schmelzpunkte der meisten Legierungen und die Temperaturen der a or-Umwandlung sind in einem für die Durchführung des Verfahrens gemäss der Erfindung ausreichenden Umfang bekannt, unter anderem durch die Arbeit von W. Köster, Archiv für das Eisenhüttenwesen (7), 1933/34, S. 257/262. Soweit diese Temperaturen für eine bestimmte Legierung nicht bekannt sind, lassen sie sich leicht auf bekannte Weise ermitteln. Beispielsweise kann die Temperatur der a- > y- Umwandlung nach dem statischen Verfahren festgestellt werden, indem der für eine bestimmte Temperatur beständige Zustand durch Glühen der Legierung bei dieser Temperatur herbeigeführt und nach rascher Abkühlung der Probe das Gefüge derselben mikroskopisch untersucht wird.
Ausgehend von höheren zu niederen Temperaturen ist dann diejenige Temperatur die Temperatur der α#γ-Umwandlung, bei der zum erstenmal neben a-Mischkristallen auch γ-Mischkristalle vorgefunden werden.
Bei dem Verfahren gemäss der Erfindung wird das Gussstück vor der Abkühlung gegebenenfalls eine Zeitlang auf derjenigen Temperatur gehalten, auf die es erhitzt worden ist.
Besonders vorteilhaft hat sich gezeigt, die zu behandelnde Legierung nur auf eine Temperatur unterhalb der Temperatur der a -+ " (-Umwandlung zu bringen und eine Zeitlang, etwa 15 Minuten oder länger, bei dieser Temperatur zu halten, bevor sie die geregelte Abkühlung erfährt. Bei Befolgung dieser Vorschrift wird eine vermehrte Ausscheidung von (-Mischkristallen und damit verbesserte Bearbeitbarkeit erzielt, insofern das Glühen der Legierung bei unterhalb der Linie c gelegenen Temperaturen die in diesem Gebiet B beständige y-Phase zur Ausscheidung bringen muss. Die zweckmässigste Zeitdauer, während der die Legierung geglüht wird, beträgt 15 Minuten oder mehr. Je tiefer die Temperatur liegt, bei der die Legierung geglüht wird, um so länger soll die Glühdauer werden.
Im allgemeinen reichen zwei Stunden aus, jedoch wird die Legierung bei Temperaturen wenig oberhalb 700 C, z. B.
800 C, zweckmässigerweise länger als zwei Stunden auf dieser Temperatur gehalten, bevor sie in der angegebenen Weise abgekühlt wird.
Die stufenweise Abkühlung der heissen Legierung in dem Temperaturgebiet zwischen der Temperatur der a -+ " (-Umwandlung und 500 C erfolgt beispielsweise folgendermassen : Ein Gussstück aus einer 12% Aluminium, 24% Nickel, Rest Eisen enthaltenden Legierung wird auf 1000'C erwärmt, 30 Minuten lang bei dieser Temperatur gehalten, alsdann auf 850 C mit einer mittleren Abkühlunggeschwindigkeit von 10 C pro Minute abgekühlt, auf der Temperatur von 850 C zwei Stunden lang gehalten und schliesslich bis auf 500 C mit einer mittleren Abkühlungsgesehwindigkeit von 2 C pro
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Das Verfahren gemäss der Erfindung kann mit besonderem Vorteil auf eine Legierung angewendet werden, die aus 10 bis 15% Aluminium, 20 bis 30% Nickel, Rest Eisen besteht, und die, wie bekannt, in hervorragendem Mass zur Herstellung von Dauermagneten geeignet ist. Eine solche Legierung wird dabei zweckmässigerweise auf etwa 850#950 C erwärmt bzw. abgekühlt, bei dieser Temperatur etwa 15 Minuten bis zwei Stunden gehalten und alsdann bis auf 500 C mit einer mittleren Abkühlungsgeschwindigkeit von etwa 10 C pro Minute abgekühlt.
Ferner wurde gefunden, dass das Verfahren auch die Bearbeitbarkeit solcher Legierungen ver- bessert, die ausser Eisen, Nickel und Aluminium noch Kupfer enthalten, u. zw. auch bei Einhaltung einer etwas grösseren Abkühlungsgeschwindigkeit in dem Temperaturgebiet zwischen der Temperatur
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sowie gegebenenfalls noch bis zu insgesamt 5% eines oder mehrerer der Metalle Chrom, Mangan, Molybdän, Silizium, Titan, Uran, Vanadium, Wolfram enthält, kann nach dem Verfahren gemäss der Erfindung auch dann verbessert werden, wenn die mittlere Geschwindigkeit der kontinuierlich oder stufenweise erfolgenden Abkühlung in dem Temperaturgebiet zwischen der Temperatur der < x--'-Um- wandlung und 500 C weniger als 10 C/Minute, vorzugsweise etwa 1'5 C/Minute, beträgt.
Für Legierungen, die 10 bis 15% Aluminium, 10 bis 30% Nickel, 1 bis 20% Kupfer und Eisen als Hauptbestandteil enthalten, empfiehlt es sich, die Legierungen auf etwa 750 bis 900 C zu bringen, bei dieser Temperatur etwa 15 Minuten bis zwei Stunden zu halten und alsdann auf 500 C mit einer mittleren Abkühlungsgeschwindigkeit von etwa 1'50 CjMinute abzukühlen.
Zum Beispiel hat eine Legierung mit 21% Nickel, 12% Aluminium, 10% Cu, Rest Eisen, im Gusszustand (Sandguss oder Kokillenguss) eine Rockwellhärte C 150 von 42 bis 50 und ist nicht spanabhebend bearbeitbar. Wird ein Gussstück aus dieser Legierung auf 800 bis 900 C erhitzt, bei dieser Temperatur etwa zwei Stunden gehalten, und alsdann mit einer Geschwindigkeit von etwa 1'5 C pro Minute auf 500 C abgekühlt, so zeigt die Legierung eine Abnahme der Rockwellhärte C 150 auf 37 und erweist sich als mit Schnellstählen gut bearbeitbar.
Es wurde weiterhin festgestellt, dass die Bearbeitbarkeit auch solcher Kupfer enthaltenden Legierungen auf dem angegebenen Wege verbessert wird, die 3 bis 20% Aluminium, 7 bis 35% Nickel,
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mehrere der Metalle Chrom, Mangan, Molybdän, Silizium, Titan, Uran, Vanadin, Wolfram in einem Gesamtbetrag von nicht mehr als 5% enthalten.
Die in der angegebenen Weise behandelten Gussstücke lassen sich u. a. bohren, drehen und fräsen.
Zweckmässigerweise werden dazu solche Werkzeuge verwendet, die aus den sogenannten Schnellstählen, wie z. B. Wolfram-, Chrom-, Vanadium-Stählen, oder Hartmetallen bestehen. Im allgemeinen sind Werkzeuge aus allen solchen Metallen geeignet, die eine Rockwellhärte C 150 von mehr als 55 haben.
Sollen die gemäss der Erfindung behandelten und alsdann mechanisch bearbeiteten Gussstücke als Dauermagnete verwendet werden, so ist im allgemeinen noch eine Wärmebehandlung erforderlich, um die Gussstücke in den Zustand der besten magnetischen Eigenschaften zu versetzen. Zu diesem Zwecke werden die Gussstücke, nachdem sie mechanisch bearbeitet sind, in bekannter Weise einer magnetischen Härtung mit oder ohne nachfolgendem Anlassen unterworfen.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Verbesserung der Bearbeitbarkeit von Aluminium-Nickel-Eisen-Legierungen mit 3 bis 20% Aluminium, 7 bis 40% Nickel, das teilweise durch Kobalt ersetzt sein kann, sowie ge-
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Titan, Uran, Vanadium, Wolfram, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung auf eine über 700 C, und unter ihrem Schmelzpunkt liegende Temperatur gebracht, gegebenenfalls bei dieser Temperatur eine Zeitlang gehalten und alsdann kontinuierlich oder stufenweise derart abgekühlt wird, dass die mittlere Geschwindigkeit der Abkühlung in dem Temperaturgebiet zwischen der Temperatur der
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