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Pulvermetallurgische Legierung
Die Erfindung bezieht sich auf eine pulvermetallurgische Legierung auf Molybdänbasis, die sowohl in fester Lösung als auch in Dispersion härtbar ist.
Das Lichtbogenschmelzverfahren wird oft verwendet, um komplexe, mehrphasige, feuerfeste Metallegierungen herzustellen, die, in Verbindung mit Verformungsverfahren, wärmebehandelt werden kön- nen, um Materialien zu liefern, die gute Anpassungsfähigkeit aufweisen und deren Struktur und Eigenschaften während der Herstellung unter Berücksichtigung der Enderfordemisse geändert werden können. Legierungen, die auf pulvermeta1Iurgischem Wege erhalten werden, sind thermischen und mechanischen Behandlungen zur Veränderung ihrer Eigenschaften weniger zugänglich.
Reinheitsprobleme und Schwierigkeiten bei der Erzielung von Homogenität in aus Pulvern hergestellten Legierungen beschranken in ho- herem Masse als bei durch Schmelzen erhaltenen Legierungen die Verwendbarkeit von pulvermetallur- gischen, feuerfesten Metallegierungen, abgesehen von solchen für spezielle Zwecke, wie Fäden und Tragdrähte für Lampen und Elektronenröhren.
Zahlreiche der feuerfesten, durch Lichtbogenschmelzen hergestellten Metallegierungen enthalten Legierungszusätze. wie Zirkon und Titan, die Verbindungen wie Carbide und Oxyde zu bilden befähigt sind, welche reversible Auflösungen und Fällungen in der Matrixphase ergeben können, so dienen die Ti-
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in Kombination. Es ist offensichtlich, dass thermische und mechanische Behandlungen solcher Legierungen schon auf Grund von Entspannungsvorgängen und Rekristallisationen nicht stetig überwacht werden können, wobei zudem auch auf teilweise oder vollständige Fällung, Auflösung, Agglomeration und auf die Morphologie des Fällungsproduktes Rücksicht zu nehmen ist. Dies steht in scharfem Gegensatz zu der Stabilität der Eigenschaften, die theoretisch in unlöslichen dispersoiden pulvermetallurgischen Legierungen vorliegen sollen.
Brauchbare pulvermetallurgische Legierungen des Molybdäns mit genügenden Kombinationen von Eigenschaften zur Befriedigung gewisser Anforderungen der Industrie sind bisher nicht zur Verfügung gestanden.
Ziel der Erfindung ist es, pulvermetallurgische Legierungen auf Molybdänbasis zu schaffen, die sowohl durch Härtung in fester Lösung als auch durch Dispersionshärtung verfestigt sind, die eine wesentlich verbesserte Festigkeit bei erhöhter Temperatur aufweisen und bei Zimmertemperatur bearbeitbar sind.
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phase verteilt sind. Die bevorzugten Bereiche der Zusammensetzung der Legierungen auf Molybdänbasis liegen bei 0,1 bis 0,25 Gew.-% ThO und 15 bis 25 Gew.-% Wolfram.
Legierungen gemäss der Erfindung können mit den üblichen pulvermetallurgischen Anlagen hergestellt werden. Die gewünschten Mengen von Wolfram-, Molybdän- und Thoroxydpulverkönnen miteini ander in einem "V"-Mischer mit einem mit Propeller ausgestatteten Mischverstärker während etwa 20 min vermischt werden, wobei die annähernde Teilchengrösse der Bestandteile, angegeben in FisherZahlen, wie folgt ist : Molybdän -2, 8, Wolfram -1, 3 und Thoroxyd -0, 7. Die vermischten Pulver können in einen rechtwinkeligen Querschnitt aufweisende Kautschukbehälter verpackt, eingeschlossen und hydrostatisch bei einem Dn. ck von etwa 2460 kg/cm verpresst werden. Die grünen Kompaktkörper, die nach der Verdichtung formhaltig sind, können in einem Wasserstoffofen etwa 15 h bei etwa 18500C gesintert werden.
Es können zahlreiche Typen von Verfahren angewendet werden, um solche gesinterten Blöcke in Fer- tigprodukte, wie Folien oder Stangen, umzuwandeln. Im Rahmen eines Beispiels für die Herstellung der Folien aus gesinterten Blöcken können die Formkörper in Wasserstoffatmosphäre auf 1200 C erhitzt und dann gewalzt werden, wobei vorzugsweise pro Druchgang 10 bis 20 % Walzkaliberabnahmebis zu einem Gesamtabstich von etwa 50 0/0, erforderlichenfalls unter Wiedererhitzen, um die Temperatur des Metalles zwischen 900 und 12000C zu halten, eingehalten werden. Das Metall wird dann rekristallisiert und zu Blechen mit der Enddicke ausgewalzt, vorzugsweise bei Temperaturen zwischen 900 und 12000C bei 10 bis 20 % Walzkaliberabnahme je Durchgang, worauf ein Entspannungsglühen erfolgt.
Das Ausmass der Abnahme je Durchgang (des Abstiches) kann von der Leistungsfähigkeit des Walzenstuhls abhängen.
Ein Entspannungsglühen des verarbeiteten Produktes kann durch Erhitzen auf eine Temperatur im Bereich von 900 bis 12000C für Zeiträume von etwa 1 h erreicht werden. Das bearbeitete Material kann durch Erhitzen auf eine Temperatur im Bereich von 1100 bis 14000C während etwa 1 h rekristallisiert werden.
Tabelle I zeigt die Überlegenheit einer Legierung gemäss der Erfindung gegenüber unlegiertem, pulvermetallurgischem Molybdän an Hand der erhöhten Kristallisationstemperatur und des feineren Korns beim rekristallisierten Produkt. Alle Materialien waren warm gewalzt bei einer 92 %igen Dickenvermin- derung. Beginn und Vollendung der Rekristallisation wurden in Zeitabständen von 10 min bei Temperaturen in einem Ofen mit Wasserstoffschutzatmosphäre bestimmt.
Tabelle 1 :
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<tb>
<tb> Rekristallisationscharakteristika
<tb> Ma <SEP> terial <SEP> Rekristallisation <SEP> in <SEP> oc <SEP> Korn- <SEP>
<tb> Beginn <SEP> : <SEP> Vollendet: <SEP> grösse
<tb> (in <SEP> Körnern
<tb> mm2) <SEP> :
<tb> Unlegiertes <SEP> 949 <SEP> 1099 <SEP> 4000 <SEP> - <SEP>
<tb> Molybdän <SEP> 4500
<tb> Molybdän <SEP> - <SEP>
<tb> 20 <SEP> Wolfram <SEP> - <SEP> 1199 <SEP> 1427 <SEP> 8000 <SEP> - <SEP>
<tb> 0,2 <SEP> Thoroxyd <SEP> 10000
<tb>
Aus Tabelle 2 sind typische Zimmertemperatureigenschaften (etwa 26 C) einer erfindungsgemässen Legierung zu entnehmen, die etwa 20 % Wolfram und 0, 2 % Thoroxyd, Rest Molybdän, enthält, und die zu drei verschieden dicken Blechen ausgewalzt worden ist.
Die bei der Prüfung angewendete Dehnungsbeanspruchung betrug 0, 127 mm/2,54 cm/min bis zur 0, 6'%'Abbiege-StreckgrenzeunddannI, 27 mm/ 2,54 cm/min bis zum Bruch. Die Längsrichtung liegt parallel zur Walzrichtung und die Querrichtung senkrecht zur Walzrichtung, aber in der Ebene des Bleches. Die Tinius-Olsen-Eindrucktiefe ist ein Mass für die Formbarkeit des Bleches, wobei eine grössere Tiefe eine leichtere Bearbeitbarkeit angibt.
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Tabelle 2 :
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<tb>
<tb> Typische <SEP> Eigenschaften <SEP> bei <SEP> Zimmertemperatur <SEP> einer
<tb> Legierung <SEP> entsprechend <SEP> Mo <SEP> - <SEP> 20 <SEP> W <SEP> - <SEP> 0, <SEP> 2 <SEP> Th02 <SEP>
<tb> Dicke <SEP> Rich- <SEP> Zugfestig- <SEP> 0,2% <SEP> % <SEP> Dehnung <SEP> Tiniusmm <SEP> : <SEP> tung: <SEP> keit <SEP> Streck- <SEP> für <SEP> Olsenkg/cm2 <SEP> : <SEP> grenze <SEP> 2, <SEP> 54 <SEP> cm <SEP> : <SEP> Einkg/cm2 <SEP> :
<SEP> drucktiefe
<tb> mm <SEP> :
<tb> 0,25 <SEP> längs <SEP> 9350 <SEP> 7690 <SEP> 7,5 <SEP> 5, <SEP> 1 <SEP>
<tb> 0, <SEP> 25 <SEP> quer <SEP> 9420 <SEP> 8030 <SEP> 6, <SEP> 5 <SEP> 5, <SEP> 1 <SEP>
<tb> 0, <SEP> 38 <SEP> längs <SEP> 8920 <SEP> 7380 <SEP> 13, <SEP> 0 <SEP> 5, <SEP> 7 <SEP>
<tb> 0, <SEP> 38 <SEP> quer <SEP> 9200 <SEP> 8910 <SEP> 7, <SEP> 0 <SEP> 5, <SEP> 7 <SEP>
<tb> 0,76 <SEP> längs <SEP> 8960 <SEP> 7380 <SEP> 13, <SEP> 0 <SEP> 6, <SEP> 5 <SEP>
<tb> 0, <SEP> 76 <SEP> quer <SEP> 9490 <SEP> 8010 <SEP> 11, <SEP> 5 <SEP> 6,5
<tb>
Die nachstehende Tabelle 3 zeigt einen Vergleich der Eigenschaften einer Legierung gemäss der Erfindung, die etwa 20 % Wolfram, 0,2 % Thoroxyd, Rest Molybdän, enthält, mit unlegiertem Molybdän, das auf pulvermetallurgischem Wege erhalten wurde, und mit nach dem Lichtbogenschmelzverfahren erhaltenem Molybdän, das etwa 0,
5 % Titan enthielt, wobei alle Vergleichsstücke in Form von Blechen
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wahiendlrekristallisiert.
Tabelle 3 :
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<tb>
<tb> Vergleichseigenschaften
<tb> Leigierung <SEP> : <SEP> Bedin- <SEP> Tempe- <SEP> Zugfestig- <SEP> 0,2% <SEP> % <SEP> Dehnung
<tb> gung <SEP> : <SEP> ratur <SEP> keit <SEP> Streck- <SEP> für <SEP>
<tb> C: <SEP> kg/cm2: <SEP> grenze <SEP> 2,54 <SEP> cm <SEP> : <SEP>
<tb> kg/cm2 <SEP> :
<tb> a) <SEP> b) <SEP> c) <SEP> d) <SEP> e) <SEP> f) <SEP>
<tb> Mo-20 <SEP> W-SR <SEP> 26 <SEP> 9140 <SEP> 7730 <SEP> 20
<tb> 0, <SEP> 2 <SEP> Th02 <SEP> SR <SEP> 982 <SEP> 4850 <SEP> 3160 <SEP> 10
<tb> SR <SEP> 1204 <SEP> 2670 <SEP> 1580 <SEP> 30
<tb> RX <SEP> 1371 <SEP> 1540 <SEP> 560 <SEP> 60
<tb> RX <SEP> 1427 <SEP> 1230 <SEP> 650 <SEP> 19
<tb> RX <SEP> 1538 <SEP> 950 <SEP> 350 <SEP> 34
<tb> RX <SEP> 1760 <SEP> 490 <SEP> 175Unlegier- <SEP> SR <SEP> 26 <SEP> 7730 <SEP> 6460 <SEP> 20
<tb> tes <SEP> Mo <SEP> SR <SEP> 982 <SEP> 3580
<tb> SR <SEP> 1204 <SEP> 1260 <SEP> - <SEP> - <SEP>
<tb>
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Tabelle 3 (Fortsetzung) :
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<tb>
<tb> Legierung <SEP> : <SEP> Bedin- <SEP> Tempe- <SEP> Zugfestig- <SEP> 0, <SEP> 2 <SEP> % <SEP> % <SEP> Dehnung <SEP>
<tb> gung <SEP> : <SEP> ratur <SEP> keit <SEP> Streck- <SEP> für <SEP>
<tb> C: <SEP> kg/cm2:
<SEP> grenze <SEP> 2,54 <SEP> cm <SEP> : <SEP>
<tb> kg/cm2 <SEP> : <SEP>
<tb> a) <SEP> b) <SEP> c) <SEP> d) <SEP> e) <SEP> f)
<tb> Unlegier- <SEP> SR <SEP> 1316 <SEP> 810 <SEP> - <SEP> tes <SEP> Mo <SEP> RX <SEP> 1371 <SEP> 770 <SEP> 420 <SEP> 56
<tb> RX <SEP> 1427 <SEP> 740-RX <SEP> 1538 <SEP> 630
<tb> RX <SEP> 1594 <SEP> 562
<tb> RX <SEP> 1771 <SEP> 210
<tb> Mo <SEP> - <SEP> 0, <SEP> 5 <SEP> Ti <SEP> SR <SEP> 26 <SEP> 8800 <SEP> 6810 <SEP> 18
<tb> SR <SEP> 982 <SEP> 5900 <SEP> 3440 <SEP> 5
<tb> SR <SEP> 1204 <SEP> 3200 <SEP> 2170 <SEP> 9
<tb> SR <SEP> 1316 <SEP> 1540 <SEP> 630 <SEP> 28
<tb> RX <SEP> 1371 <SEP> 1230 <SEP> 590 <SEP> 51
<tb> RX <SEP> 1427 <SEP> 1050 <SEP> 703 <SEP> 11
<tb> RX <SEP> 1538 <SEP> 740 <SEP> 562 <SEP> 20
<tb> RX <SEP> 1788 <SEP> 350
<tb>
Aus dieser Tabelle geht hervor,
dass die Eigenschaften der erfindungsgemässen Legierungen insbesondere bei erhöhten Temperaturen jenen von unlegiertem Molybdän wesentlich überlegen sind, und dass die Legierung gemäss der Erfindung im wesentlichen äquivalent oder besser ist als die erheblich teurere, durch Lichtbogenschmelzung erhaltene Legierung mit 0,5 % Titan.
Durch Anodiseren wurde gezeigt, dass die Matrixphase der Legierung gemäss der Erfindunghomogen ist.
Die überlegenen Eigenschaften, wie sie sich bei der Verwendung der Legierungen gemäss der Erfindung ergeben, sind teilweise auf folgendes zurückzuführen : 1. Die Verfestigung der Matrixphase durch Härtung in fester Lösung auf Grund der Zugabe von Wolfram zum Molybdän, 2. dasVorliegeneiner fei- nen, gleichmässigen, unlöslichen, stabilen zweiten Phase, nämlich Thoriumoxyd, die zur Hochtemperaturfestigkeit und zur Hemmung des Kornwachstums bei erhöhten Temperaturen beiträgt und 3. die Tatsache, dass diese beiden Mechanismen miteinander wirken und ihre verbessernden festigkeitserhöhenden Effekte ergeben, ohne dass die Bearbeitbarkeit der Legierungen bei Zimmertemperatur aufgehoben wird.
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rungen wurde bei diesen pulvermetallurgischen Legierungen ebenfalls erreicht, ohne dass die Art der Niedertemperaturduktilität und die Bearbeitbarkeitscharakteristika des unlegierten Metalls verlorengehen.
PATENTANSPRÜCHE-
1. Pulvermetallurgische Legierung auf Molybdänbasis, die bei Zimmertemperatur bearbeitbar ist,
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von ThO besteht, die in einer im wesentlichen homogenen Wolfram- Molybdän- Matrixphase verteilt sind.