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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Beseitigung der Rotbrüchigkeit von Nickel und Nickel enthaltenden Legierungen. Nickel und Nickel enthaltende Legierungen leiden manchmal an"Rotbrüchigkeit", die sich in einer wesentlich verminderten Duktilität in einem Temperaturbereich, der sich im allgemeinen von etwa 5000 C bis über 9000 C erstreckt, äussert und zur Ausbildung von Sprüngen, Fugen u. dgl. führt, wenn eine Heissbearbeitung in dem in Rede stehenden Temperaturbereich ausgeführt wird.
Vorgenommene Untersuchungen lassen vermuten, dass gewisse Bestandteile selbst dann, wenn siein geringen Spuren auftreten, für diese Rotbrüchigkeit"verantwortlich sind, und dass gewisse Elemente, einschliesslich einiger, die bisher als für Nickel und Nickellegierungen schädlich angesehen wurden, eine äusserst günstige Wirkung auf die Beseitigung der"Rotbrüchigkeit" von Nickel und Nickel enthaltenden Legierungen ausüben, wenn sie in den richtigen Mengen vorhanden sind.
Allgemein gesagt, umfasst die Erfindung die Beseitigung oder Aufhebung der Wirkungen schäd- licher Bestandteile, insbesondere solcher, die als Spuren oder in geringen Mengen vorkommen. Es wurde gefunden, dass diese schädlichen Bestandteile aus dem Erz oder aus irgendwelchen Stoffen, mit denen das Erz oder Metall in irgendeiner Verfahrensstufe, vom Beginn bis zum Ende des Verfahrens, in Berührung kommen kann, in das Nickel und die Nickel enthaltenden Legierungen hineingelangen.
Unter diesen schädlichen Bestandteilen sei Schwefel, Selen und Tellur genannt, welche Elemente offensichtlich aus dem Erz stammen ; Natrium, Kalium und Lithium, welche Elemente aus feuerfesten Baustoffen, Schlacken, Reinigungsmitteln, Desoxydationsmitteln, Entschwefelungsmitteln u. dgl. aufgenommen werden, und Gase, wie beispielsweise Wasserstoff und Stickstoff. Ferner können auch Kalzium, Strontium und Barium, wenn sie im 1Tberschuss über eine gewisse Menge vorhanden sind, schädlich sein und Rotbrüchigkeit"hervorrufen.
Gemäss der vorliegenden Erfindung werden einer Nickel enthaltenden Metallschmelze nach einer Behandlung mit Desoxydationsmitteln od. dgl. eines oder mehrere der Elemente Titan, Zirkon, Bor,
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empirisch ermittelter, begrenzter und geregelter Menge zugesetzt. Es hat sich gezeigt, dass der Zusatz einer geringen Menge dieser Elemente die Wirkung hat, den Temperaturbereich, in welchem Nickel oder seine Legierungen einer Heissbearbeitung unterworfen werden können, beträchtlich zu vergrössern, was bedeutet, dass die Heissbearbeitbarkeit wesentlich verbessert wird. Die zuzusetzende Menge wird durch einen Vorversuch bestimmt, während das Metall sich noch im Schmelzofen befindet und ehe
Ingots daraus gegossen werden. Eine geeignete Probe zur Ermittlung der erforderlichen Zusatzmengen ist die "Hammer- und Amboss"-Probe.
Bei der Durchführung dieser Probe wird ein Schöpflöffel geschmolzenes Metall-etwa 11/2 bis 2Y2 kg-dem Ofen entnommen und ein Probestab (dessen Dimen- sionen etwa 2 x 4 x 15 cm betragen) gegossen. Wenn dieser Stab erstarrt ist, und während er noch eine erhöhte Temperatur besitzt, wird er mit einem Vorschlaghammer von etwa 5 kg gehämmert ; wenn sieh hiebei Sprünge ausbilden, ist das Metall als rotbrüchig"zu bezeichnen ; in diesem Falle wird ein weiterer Zusatz eines oder mehrerer der oben angegebenen Elemente zugefügt. Dieser Vorgang wird wiederholt, bis ein Probestab die Handschmiedung aushält, ohne zu springen ; wenn diese Stufe erreicht ist, ist die Behandlung der Schmelze gemäss der Erfindung richtig geführt und der Guss wird vorgenommen.
Wenn es wünschenswert ist, sicherzustellen, dass die Regelung der Zusätze gemäss der
Erfindung richtig durchgeführt worden ist, kann ein Endversuch zur Bestätigung gemacht werden, u. zw. in Form einer Biegeprobe bei hoher Temperatur. Zur Durchführung einer derartigen Biegeprobe wird ein geschmiedeter Stab, der 1-3 cm dick, 2'5 cm breit und 15 cm lang ist, in einem elektrisch geregelten Ofen auf eine vorbestimmte Temperatur erhitzt. Hierauf wird er dem Ofen entnommen und mit einem einzigen Schlag eines Dampfhammers um 1800 gebogen. Wenn das Probestück diese
Verformung aushält, ohne zu springen, ist es zufriedenstellend.
Diese Probe wird in einem Temperatur- bereich von etwa 1300 oder 1400 C an bis auf etwa 650 C herab wiederholt vorgenommen, wobei die Temperaturen für die Bearbeitung der verschiedenen Proben innerhalb dieses Bereiches von Probe zu Probe um je 50-60 C abnehmen. Die Dimensionen der Probestäbe für den Biegeversuch sind so bemessen, dass der gute Ausfall der Biegung bei irgendeiner Temperatur anzeigt, dass das Material fähig ist, bei dieser Temperatur einer Heissbearbeitung unterworfen zu werden, ohne zu springen.
Bei dem üblichen Verfahren zur Herstellung von Nickel und Nickel enthaltenden Legierungen werden Magnesium, Aluminium, Mangan u. dgl. zum Zwecke der Reinigung, Desoxydierung, Ent- schwefelung usw. verwendet. Die Mittel zur Erhöhung der Verformbarkeit, die gemäss der Erfindung verwendet werden, werden nach Behandlung der Metallschmelze mit solchen Desoxydationsmitteln od. dgl. zugesetzt.
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Eine volle Erklärung für die Wirkung der angegebenen Mittel zur Erhöhung der Verformbarkeit fehlt. Es wird angenommen, dass hauptsächlich zwei Ursachen zur Rotbrüchigkeit"von Nickel und
Nickel enthaltenden Legierungen beitragen. Die erste Ursache beruht auf der Gegenwart von einem oder mehreren brüchigmachenden Elementen oder Verbindungen an den Korngrenzen, zu welchen
Elementen, wie anzunehmen ist, Schwefel, Selen, Tellur, Natrium, Kalium und Lithium gehören, ferner auch Kalzium, Strontium und Barium, wenn diese, wie oben angegeben, im Überschuss vor- handen sind, und auf der dadurch hervorgerufenen Erniedrigung der interkristallinen Kohäsion des Materials."Rotbrüchigkeit", welche durch diese Ursache hervorgerufen wird, wird nicht immer durch
Zusätze von Magnesium beseitigt, wie solche früher gemacht wurden,
um der brüchigmaehenden
Wirkung von Schwefel entgegenzuwirken.
Die zweite Ursache für das Auftreten schädlicher Wirkungen beruht, so wird angenommen, auf der Anwesenheit von kolloidalen oder praktisch kolloidalen schwer schmelzbaren Partikeln, welche innerhalb der Kristalle niedergeschlagen werden und welche die freie Bewegung des Metalls längs seiner normalen Fliessebene verzögern und eine rasche Rekristallisation während der Heissbearbeitung verhindern. Solche Partikel dürften meist aus Oxyden und Silikaten der Desoxydations-und Reinigungsmittel, d. h. aus den genannten Verbindungen von Magnesium und Aluminium, bestehen.
Es wird nun angenommen, dass der Zusatz der gemäss der Erfindung anzuwendenden, die Verformbarkeit erhöhenden Mittel dazu dient, solche schwer schmelzbare, scheuern wirkende Partikel in Bestandteile zu verwandeln, welche bei der Schmelztemperatur des Metalles flüssig sind, mit dem Ergebnis, dass diese flüssigen Bestandteile sich zu grösseren Partikeln vereinigen, welche keine Rotbrüchigkeit"in einem Ausmasse hervorrufen, welches mit dem durch die kleineren Partikel bewirkten vergleichbar wäre.
Es hat sich in der Praxis gezeigt, dass schädliche Wirkungen der ersten Art sehr leicht durch Zusatz von Titan oder Zirkon beseitigt werden, und dass schädliche Wirkungen der zweiten Art sehr leicht durch Phosphor, Bor und Arsen beseitigt werden. Demnach werden nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die Zusatzstoffe in der Weise gewählt, dass zumindest ein Element aus jeder dieser Gruppen, wenn, wie es im allgemeinen der Fall ist, die beiden schädlichen Wirkungen gleichzeitig auftreten, der Schmelze zugesetzt wird.
Obgleich, wie oben angegeben wurde, die Menge des die Verformbarkeit erhöhenden Mittels, die zugesetzt wird, durch Vorversuche geregelt wird, kann als Richtlinie eine Angabe über Mengen, die sich in der Praxis als geeignet erwiesen haben, gemacht werden. So hat sich im Falle, dass Nickelmetall durch Lithium gereinigt worden war, wobei das Nickel nach der Reinigung etwa 0-007% Lithium enthielt, eine Gesamtmenge von etwa 0'01% Bor als hinreichend erwiesen, um den schädlichen Rest von Lithium in ein unschädliches Produkt zu verwandeln. Bei Legierungen von Nickel und Kupfer sind gute Ergebnisse durch gleichzeitigen Zusatz von 0'05% Titan in Verbindung mit etwa 0-15% Phosphor oder etwa 0'01% Bor erzielt worden.
Es versteht sich indessen von selbst, dass die zahlenmässige Grösse des Zusatzes von der Menge der vorhandenen schädlichen Verunreinigungen abhängt, und dass diese Mengen von Schmelze zu Schmelze verschieden sind. Ferner ist es im allgemeinen wünschenswert, nur soviel von dem die Verformbarkeit erhöhenden Mittel zuzusetzen, als ausreichend ist, um"Rot- brüchigkeit"zu beseitigen ; deshalb ist es, wenn zu erwarten ist, dass eine gegebene Menge von dem die Verformbarkeit erhöhenden Mittel ausreichen wird, wünschenswert, zunächst eine etwas kleinere Menge zuzusetzen.
Die Erfindung ist nicht auf die Art der behandelten Legierung beschränkt, sondern sie kann beispielsweise ausser auf Kupfer-Nickellegierungen auch auf Aluminium-Kupfer-Nickellegierungen, Eisen-Nickellegierungen, Chrom-Eisen-Nickellegierungen (gleichgültig, ob das Eisen der vorherrschende Bestandteil ist, wie beispielsweise im Falle von nicht rostenden Stählen, oder ob Nickel der vorherrschende Bestandteil ist) usw. angewendet werden.
So können als Beispiele für Legierungen, die gemäss der Erfindung behandelt werden können, die folgenden angeführt werden : eine Legierung von 70% Nickel und 30% Kupfer ; eine Legierung von 20% Nickel, 78% Kupfer und 2% Aluminium ; eine Legierung von 18% Nickel, 8% Chrom und 74% Eisen und eine Legierung von 80% Nickel, 14% Chrom und 6% Eisen.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Beseitigung der Rotbrüchigkeit von Nickel und Nickel enthaltenden Legierungen, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallschmelze nach einer Behandlung mit Desoxydationsmitteln od. dgl. eines oder mehrere der Elemente Titan, Bor, Phosphor oder Arsen, vorzugsweise Titan gemeinsam mit entweder Phosphor oder Bor oder Arsen, in von den vorhandenen Verunreinigungen abhängiger, jeweils an Probestücken empirisch ermittelter, begrenzter und geregelter Menge zugesetzt werden.