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Die Erfindung betrifft die Dispersionsverfestigung duktiler Grundmetalle durch In-situ-Bildung einer harten, hochtemperaturfesten Oxydphase durch innere Oxydation.
Man hat in der Vergangenheit die Dispersionsverfestigung von Metallen als Weg erkannt, den Metallen eine höhere Festigkeit undHärte zu verleihen. EineFestlösungslegierung eines verhältnismässig edlen Grundmetalls mit verhältnismässig geringer Oxydbildungswärme bzw. freier Energie der Oxydbildung und ein gelöstes Metall mit verhältnismässig hoher Oxydbildungwärme bzw. freier Energie der Oxydbildung wird dabei unter oxydierenden Bedingungen erhitzt, um vorzugsweise das gelöste Metall zu oxydieren. Diese Technik wird als "innere In-situ-Oxydiaru. l1g" des gelösten Metalls zu dessen Oxyd oder, einfacher, als "innere Oxydation" bezeichnet.
Erzeugnisse aus dispersionsyerfestigten Metallen-wie z. B. eine mit Aluminiumoxyd verfestigte Kupferdispersion - haben eine Vielfalt technischer und gewerblicher Anwendungen, wenn für das endgültige Erzeugnis eine hohe Festigkeit bei hohen Temperaturen und eine hohe elektrische und/oder thermische Leitfähigkeit gefordert werden. Derartige Anwendungen sind beispielsweise Reibungsbremsenteile wie Bremsbacken, -scheiben, -trommeln und andere Maschinenteile, die unter Metallreibung arbeiten.
Andere Anwendungen betreffen Widerstandspunktschweisselektroden, Elektroden im allgemeinen, elektrische Schalter und Schaltzeuge, Transistoranordnungen, Drähte für lötfreie Verbindungen und Elektromotore und viele andere Fälle, in denen eine gute elektrische und thermische Leitfähigkeit sowie eine verbesserte Härte und Festigkeit bei erhöhten Temperaturen erforderlich sind.
Es sind bereits mehrere Verfahren für die innere Oxydation vorgeschlagen worden-beispielsweise in den US-PS Nr. 3, 488, 185, Nr. 3, 552, 954 und Nr. 3, 179, 515. Diese Vorschläge erfordern während der Oxydation eine sehr genaue und nur schwierig erreichbare Steuerung des Sauerstoffpartialdruckes oder ein Entfernen von Rückständen des Oxydiermittels, die dazu neigen, Fehlerstellen im dispersionsverfestigten Metall zu bilden.
Es ist nun gefunden worden, dass dispersionsverfestigte Metalle, die durch innere Oxydation hergestellt wurden, erheblich verbesserte Eigenschaften aufweisen, wenn das Legierungspulver von der inneren Oxydie- rung rekristallisiert wird, um die Korngrösse des Legierungspulvers auf mindestens 45 Mm zu vergrössern.
Eine weitere Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik lässt sich erreichen, wenn man eine Mischung einer pulverförmigen Legierung eines verhältnismässig edlen Grundmetalls und eines Lösungsmetalls mit einem Oxydiermittel intern oxydiert, das aus einem unter Wärmeeinwirkung reduzierbaren Metalloxyd und einem harten hochtemperaturfesten Metalloxyd in mindestens stöchiometrischen Anteilen besteht, um eine vollständige Oxydierung des gesamten Lösungsmetalls in der Legierung zu erreichen ; die Dispersion des harten hochtemperaturfesten Metalloxyds verfestigt denRest des unter Wärmeeinwirkung reduzierbaren Me- talloxyds während des Koaleszierens.
Die Erfindung betrifft demnach ein Verfahren zur Herstellung eines dispersionsverfestigten Metalls, durch innere Oxydation eines Legierungspulvers mittels eines Oxydationsmittels, welches Legierungspulver aus einem verhältnismässig edlen Grundmetall mit einer negativen freien Oxydbildungsenergie von bis zu 70 kcal (etwa 290 kJ) pro Grammatom Sauerstoff bei 250C und einem Lösungsmittel, dessen negative freie Oxydbildungsenergie um mindestens 60 kcal (etwa 250 kJ) pro Grammatom Sauerstoff bei 250 höher ist, als die freie Oxydbildungsenergie des edlen Grundmetalls besteht, welches dadurch gekennzeichnet ist,
dass man die Korngrösse des Legierungspulvers vor der inneren Oxydation bei Rekristallisationstemperaturen in einer inerten Atmosphäre bis zum Erreichen einer Korngrösse von weniger als 45 um erhöht und als Oxydiermittel ein pulverförmiges Oxydationsmittelgemisch von in der Wärme reduzierbarem Metalloxyd und hartem warmfestem Metalloxyd einsetzt.
Vorzugsweise wird eine in sich abgeschlossene Pulvermetallmischung gebildet, die in einem verschlossenen Behälter durch innere Oxydation dispersionsverfestigt und danach aus dem abgeschlossenen Behälter ausgepresst wird, um dispersionsverfestigte Metallwerkstoffe herzustellen.
Die Erfindung schafft eine einmalige Lösung der sich aus dem Stand der Technik ergebenden Probleme, indem sie für eine vollständige Assimilierung der Oxydiermittelrückstände in die dispersionsverfestigten Metallgegenstände sorgt und vor der inneren Oxydierung ein Kornwachstum in der Legierung bewirkt.
Die Fig. l ist eine Mikrophotographie (Vergrösserung 500 x) einer intern oxydierten Legierung ohne Rekristallisation ; Fig. 2 ist eine Mikrophotographie (Vergrösserung 500 x) einer intern oxydierten Legierung mit Rekristallisation auf eine Korngrösse von Nr. 6 (gemäss ASTM E 112) vor der inneren Oxydierung ; die Fig. 3, 4 zeigen die Shore-Härte als Funktion der Glühzeit und der Glühtemperatur, die Fig. 5 ist ein Diagramm des elektrischen Leitwertes, der Endfestigkeit, der Dehnung und der Härte als Funktion der Zusammensetzung ; die Fig. 6 ist ein Seitenriss einer in sich geschlossenen Pulvermetallmischung, wobei der Behälter teilweise aufgebrochen ist, um die Pulvermetallmischung zu zeigen ; die Fig. 7 ist eine Rückansicht des Behälters nach Fig. 6 ;
die Fig. 8 ist ein Seitenteilriss des hinteren Teils des Behälters und zeigt das abgedrückte Düsenende und die Fig. 9 ist ein Blockdiagramm der Verfahrensschritte nach der Erfindung.
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Die Erfindung betrifft dispersionsverfestigte Metalle, die durch innere Oxydation von Legierungspulvern hergestellt werden, wobei das Legierungspulver vor der inneren Oxydation rekristallisiert wird, um die
Korngrösse der Legierung auf mindestens 45 J. tm zu erhöhen. Die Pulverlegierung wird mit einem Oxydier- mittel innig vermischt, intern oxydiert, dann koalesziert und zu dispersionsverfestigtem Metallwerkstoff ausgeformt.
Was zunächst die Legierungspulver betrifft, bestehen diese vorzugsweise aus einem verhältnismässig edlen
Grundmetall mit einer negativen freien Oxydbildungsenergie von bis 70 kcal (etwa 290 kJ) pro Grammatom Sauerstoff bei 250C und einem Lösungsmetall mit einer negativen freien Oxydbildungsenergie, die um min- destens etwa 60 kcal (etwa 250 kJ) pro GrammatomSauerstoff bei 25 C höher ist als die des verhältnismässig edlen Grundmetalls.
Das verhältnismässig edle Grundmetall und das gelöste Metall werden nach herkömmlilichen Technik-beispielsweise Schmelzen unter trägen oder reduzierenden Bedingungen und nachfolgende
Zerkleinerung durch Zerstäuben oder andere herkömmliche grössenvermindernde Verfahren wie Schleifen oder Kugelmahlen - legiert, um eine teilchenförmige Legierung mit einer mittleren Teilchengrösse von weniger als etwa 300 um, üblicherweise weniger als 150 J. tm und vorzugsweise weniger als 44 um herzustellen. Geeignete edle Grundmetalle sind beispielsweise Eisen, Kobalt, Nickel, Kupfer, Kadmium, Thallium, Germanium, Zinn, Blei, Antimon, Wismuth, Molybdän, Wolfram, Rhenium, Indium, Silber, Gold, Ruthenium, Palladium, Osmium, Platin und Rhodium.
Geeignete Lösungsmetalle sind beispielsweise Silizium, Titan, Zirkon, Aluminium, Beryllium, Thorium, Chrom, Magnesium und Mangan. Die Legierungszusammensetzung besteht aus etwa 0, 01 bis etwa 2 Gew. -% des Lösungsmetalls, Rest das verhältnismässig edle Grundmetall, sowie gegebenenfalls geringen Anteilen herkömmlicher Zusätze, um den Abriebwiderstand, die Härte, die Leitfähigkeit oder andere ausgewählte Eigenschaften zu verbessern.
Nach der Erfindung wird das zerkleinerte Legierungspulver zunächst durch Erhitzen über die Rekristallisationstemperaturen der Legierung rekristallisiert, um die Korngrösse des Legierungspulvers auf mindestens 45 Mm zu erhöhen. Die Rekristallisierung besteht gewöhnlich aus einem Glühen der Legierung, um eine neue Kornstruktur zu erzeugen. Rekristallisationsdiagramme für die meisten Metalle und Legierungen sind bereits veröffentlicht ; vgl. beispielsweise Sachs und van Horn, "Practical Metallurgy", 3. Auflage, 1943, insbesondere das Kapitel Nr. 5. Die Rekristallisationstemperaturen hängen von der zu verfestigenden Legierung ab und liegen erheblich höher als die minimale Rekristallisationstemperatur, um eine wirksame Rekristallisation innerhalb sinnvoller Behandlungszeiten zu ermöglichen, aber auch erheblich unter dem Schmelzpunkt der Legierung.
Geeignete Rekristallisationstemperaturen liegen bei 870 bis 980 C, wenn auch die minimalen Rekristallisationstemperaturen einiger Legierungen so niedrig sind wie 260 bis 3160C ; derartige Temperaturen sind aber nicht wirkungsvoll genug. Handelt es sich beispielsweise um eine Legierung, die vornehmlich aus Kupfer besteht und geringe Anteile von Aluminium enthält, findet die erwünschte Rekristallisation nach einem Erhitzen bei etwa 8700C in einer trägenAtmosphäre (beispielsweise Argon) für mindestens 1 h statt.
Eine Vergrösserung der Korngrösse des Legierungspulvers vor der inneren Oxydation hat sich als wirksames Mittel herausgestellt, um die Neigung der Lösungsmetalloxyde zu eliminieren, sich während der inneren Oxydation an den Pulverkorngrenzen zu konzentrieren, was beim dispersionsverfestigten Metallerzeugnis unter Last zum verfrühten Bruch an den Korngrenzen führen kann.
Die Fig. l zeigt eine Kupferlegierung mit etwa 0, 70 Gew.-% Aluminium, die ohne vorherige Rekristallisierung intern oxydiert wurde. Am äusseren Umfang der Kupferlegierung --50-- zeigt sich ein durchgehender Oxydfilm --52--, von dem sich herausgestellt hat, dass er die innere Oxydation des Aluminiums hindert.
Die Fig. 2 zeigt die gleiche intern oxydierte Legierung, aber mit vorheriger Rekristallisation auE eine Korngrösse von Nr. 6 nach ASTM E-112. Im Vergleich zur nicht rekristallisierten Legierung --50-- der Fig. 1 bildet sich hier am Aussenumfang der rekristallisierten Legierung --54-- keinerlei Oxydfilm.
Nach der Rekristallisierung kann das Legierungspulver nach herkömmlichen Verfahren intern oxydiert werden-beispielsweise denen, die die oben genannten Patentschriften beschreiben. Beispielsweise lehrt die US-PS Nr. 3, 488, 183 ein Verfahren zur inneren Oxydation einer Legierung durch Steuerung des Partialdruckes des Sauerstoffs, der durch Dissoziation des Metalloxyds in einer zweiteiligen Kammer entsteht.
Nach der US-PS Nr. 3, 552, 954 findet die innere Oxydation einer Kupferlegierung in einer Sauerstoffatmosphäre statt, um das Restkupfergefüge mit Sauerstoff zu sättigen, und danach eine Reduktion mit Wasserstoff. Die US-PS Nr. 3, 179, 515 schlägt vor, zur inneren Oxydation eine Kupferlegierung zunächst in Luft zur Bildung von Cu2 0 zu oxydieren, dann zu erwärmen, um Sauerstoff in den Kupfergrundkörper diffundie- ren zu lassen, und danach mit Wasserstoff zu reduzieren.
Nach einer besonders vorgezogenen Methode der inneren Oxydation nach der Erfindung wird zuerst eine innige Mischung eines Legierungspulvers und eines Oxydiermittels hergestellt. Das Oxydiermittel besteht aus einem pulverförmigen, in situ wärmereduzierbaren Metalloxyd mit einer negativen freien Oxydbildungsenergie von bis zu 70 kcal (etwa 290 kJ) pro Grammatom Sauerstoff bei 25 C, das innig mit einzelnen Teilchen eines harten hochtemperaturfesten Metalloxyds vermischt ist, dessen negative freie Bildungsenergie die negative freie Bildungsenergie des wärmereduzierbarenMetalloxydsummindestens 60 kcal (etwa 250 kJ)
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EMI3.1
EMI3.2
<tb>
<tb> Grundmetall <SEP> und <SEP> Wärmereduzierbares <SEP> Näherungswert <SEP> der <SEP> negativen
<tb> in <SEP> situ <SEP> wärmereduziertes <SEP> Metall- <SEP> und <SEP> freien <SEP> Oxydbildungsenergie
<tb> Metall <SEP> Grundmetalloxyd <SEP> bei <SEP> 250C <SEP> in <SEP> kcal <SEP> pro
<tb> Grammatom <SEP> Sauerstoff
<tb> Eisen <SEP> FeO <SEP> 59 <SEP> (247 <SEP> kJ) <SEP>
<tb> Fe <SEP> 0 <SEP> 60 <SEP> (251 <SEP> kJ)
<tb> 2 <SEP> s <SEP>
<tb> Kobalt <SEP> CoO <SEP> 52 <SEP> (220 <SEP> kJ)
<tb> Nickel <SEP> NiO <SEP> 51 <SEP> (216 <SEP> kJ)
<tb> Kupfer <SEP> Cu <SEP> 0 <SEP> 35 <SEP> (147 <SEP> kJ)
<tb> CuO <SEP> 32 <SEP> (135 <SEP> kJ)
<tb> Kadmium <SEP> CdO <SEP> 55 <SEP> (230 <SEP> kJ)
<tb> Thallium <SEP> Tu <SEP> 20 <SEP> 40 <SEP> (168 <SEP> kJ)
<tb> Germanium <SEP> GeO <SEP> 58 <SEP> (243 <SEP> kJ)
<tb> Zinn <SEP> SnO <SEP> 60 <SEP> (251 <SEP> kJ)
<tb> SnO <SEP> 62 <SEP> (259 <SEP> kJ)
<tb> Blei <SEP> PbO <SEP> 45 <SEP> (189 <SEP> kJ)
<tb> Antimon <SEP> Sb <SEP> 203 <SEP> 45 <SEP> (189 <SEP> kJ)
<tb> Wismuth <SEP> Bi2O3 <SEP> 40 <SEP> (168 <SEP> kJ)
<tb> Molybdän <SEP> MoO <SEP> 60 <SEP> (251 <SEP> kJ)
<tb> moo <SEP> 54 <SEP> (227 <SEP> kJ)
<tb>
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EMI4.1
<tb>
<tb> Grundmetall <SEP> und <SEP> Wärmereduzierbares <SEP> Näherungswert <SEP> der <SEP> negativen
<tb> in <SEP> situ <SEP> wärmereduziertes <SEP> Metall- <SEP> und <SEP> freien <SEP> Oxydbildungsenergie
<tb> Metall <SEP> Grundmetalloxyd <SEP> bei <SEP> 250C <SEP> in <SEP> kcal <SEP> pro
<tb> Grammatom <SEP> Sauerstoff
<tb> Wolfram <SEP> WO <SEP> 60 <SEP> (251 <SEP> kJ)
<tb> wo <SEP> 59 <SEP> (247 <SEP> kJ)
<tb> Rhenium <SEP> ReO <SEP> 45 <SEP> (189 <SEP> kJ)
<tb> Indium <SEP> In <SEP> 0 <SEP> 65 <SEP> (272 <SEP> kJ)
<tb> 2 <SEP> 3
<tb> Silber <SEP> AgO <SEP> 3 <SEP> (12 <SEP> kJ) <SEP>
<tb> Gold <SEP> Au <SEP> O <SEP> 0
<tb> 2
<tb> Ruthenium <SEP> RuO <SEP> 25 <SEP> (105 <SEP> kJ)
<tb> Palladium <SEP> PdO <SEP> 15 <SEP> (62 <SEP> kJ)
<tb> Osmium <SEP> OsO <SEP> 20 <SEP> (84 <SEP> kJ) <SEP>
<tb> 4
<tb> Platin <SEP> PtO <SEP> 0
<tb> Rhodium <SEP> Rh2O3 <SEP> 17 <SEP> (71 <SEP> kJ)
<tb>
In dieser Tabelle sind das Grundmetall der Legierung und das in situ wärmereduzierte Metall des Oxydiermittelrestes als der gleichen Gruppe von Metallen und die wärmereduzierbaren Metalloxyde im Oxydiermittel und die Grundmetalloxyde als der gleichen. Gruppe von Metalloxyden zugehörig aufgeführt.
Das Oxydiermittel für die innere Oxydation des oben genannten Legierungspulvers ist eine Mischung eines in situ wärmereduzierbaren Metalloxyds (dieser Begriff soll hiebei Substanzen einschliessen, die in der Lage sind, unter den Bedingungen der inneren Oxydation derartige Metalloxyde zu liefern) und eines harten hochtemperaturfesten Metalloxyde. Das wärmereduzierbare Metalloxyd liegt im Oxydiermittel in einem im wesentlichen stöchiometrischen Anteil vor, um das gesamte Lösungsmetall vollständig zu oxydieren.
Zur Bildung eines für die Erfindung geeigneten Oxydiermittels liegen mehrere Verfahren vor. Nach einem dieser Verfahren wird ein oxydbildendes Salz eines hochtemperaturfesten Metalls auf ein Teilchen eines wärmereduzierbaren Metalloxyds im Grössenbereich von einigen Mikron oder weniger aufgebracht und dort zersetzt. Im Fall des Kupfer-Aluminium-Systems behandelt man beispielsweise Kupro/Kuprioxydteil- chen im Submikronbereich mit einer wässerigen Lösung von Aluminiumnitrat, um einen gleichmässigen Überzug auszubilden. Die Teilchen werden getrocknet und erhitzt, um das Aluminiumnitrat zu zersetzen und Ku- pri/Kuprooxydteilchen mit einem gleichmässigen Überzug aus Aluminiumoxyd auszubilden.
Die den Kupro/ Kuprioxydteilchen zugefügte Aluminiumnitratmenge wird nach dem für das endgültige Produkt erwünschten Aluminiumoxydgehalt bestimmt.
Nach einem weiteren Verfahren werden oxydbildende Verbindungen von hochtemperaturfesten Metallen und Metalle von wärmereduzierbaren Metalloxyden gemeinsam aus einer Lösung ihrer Salze ausgefällt - im Kupfer-Aluminium-System z. B. Kupfer und Aluminium-hydroxyde oder-carbonate aus einer Lösung ihrer Nitrate durch Zugabe von Ammoniumhydroxyd bzw. -carbonat. Die Hydroxyde und Carbonate werden dann durch Erhitzen zu ihren entsprechenden Oxyden zersetzt.
Nach einem dritten Verfahren handelt es sich bei demoxydiermittel um eine innige Mischung von Mikrooder Submikronteilchen eines wärmereduzierbaren Metalloxyds und Teilchen eines hochtemperaturfesten Oxyds.
In jeder speziellen Kombination des Grundmetalls und des Lösungsmetalls in der intern zu oxydierenden Legierung muss das Grundmetall gegenüber dem Lösungsmetall verhältnismässig edel sein, damit das Lösungsmetall vorzugsweise oxydiert wird. Dies wird erreicht, indem man das Lösungsmittel so wählt, dass seine negative freie Oxydbildungsenergie bei 250C mindestens 60 kcal pro Grammatom Sauerstoff höher ist als die negative freie Bildungsenergie des Oxyds des Grundmetalls bei 250C. Im allgemeinen haben solche Lösungsmetalle eine negative freie Oxydbildungsenergie von mehr als 80 kcal und vorzugsweise mehr als 120 kcal pro Grammatom Sauerstoff.
Näherungswerte für die negative freie Bildungsenergie mehrerer geeigneter Lösungsmetalloxyde bei 250C sind :
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<tb>
<tb> Lösungsmetall <SEP> Lösungsmetalloxyd <SEP> und <SEP> Näherungswerte <SEP> der <SEP> negativen
<tb> hartes <SEP> temperaturfestes <SEP> freien <SEP> Oxydbildungsenergie
<tb> Metalloxyd <SEP> bei <SEP> 250C <SEP> in <SEP> kcal <SEP> pro <SEP> Grammatom
<tb> Sauerstoff
<tb> Silizium <SEP> SiO <SEP> 96 <SEP> (403 <SEP> kJ)
<tb> Titan <SEP> TiO <SEP> 101 <SEP> (424 <SEP> kJ)
<tb> Zirkon <SEP> ZrO <SEP> 122 <SEP> (512 <SEP> kJ)
<tb> Aluminium <SEP> AI <SEP> 0 <SEP> 126 <SEP> (529 <SEP> kJ)
<tb> Beryllium <SEP> BeO <SEP> 139 <SEP> (584 <SEP> kJ)
<tb> Thorium <SEP> ThO <SEP> 146 <SEP> (613 <SEP> kJ)
<tb> Chrom <SEP> Cru <SEP> 83 <SEP> (348 <SEP> kJ)
<tb> Magnesium <SEP> MgO <SEP> 136 <SEP> (572 <SEP> kJ)
<tb> Mangan <SEP> MnO <SEP> 87 <SEP> (365 <SEP> kJ)
<tb> Niobium <SEP> Nô <SEP> 85 <SEP> (357 <SEP> kJ)
<tb> Tantal <SEP> Ta <SEP> 0 <SEP> 92 <SEP> (388 <SEP> kJ)
<tb> Vanadium <SEP> VO <SEP> 99 <SEP> (416 <SEP> kJ)
<tb>
In dieser Tabelle sind das Lösungsmetalloxyd in der Legierung das harte hochtemperaturfeste Metalloxyd im Oxydiermittel als der gleichen Gruppe von Metalloxyden zugehörig aufgeführt.
Beim Metallanteil des wärmereduzierbaren Metalloxyds im Oxydiermittel handelt es sich vorzugsweise um das gleiche Metall wie das Grundmetall der Legierung, obgleich die Art des wärmereduzierbaren Metall- oxyda eine andere sein kann, um bestimmte, für das endgültige Produkt erforderliche Leistungseigenschaften zu erreichen.
Beispiele für Kombination aus einem Legierungsgrundmetall und wärmereduzierbaren Metalloxyden im Oxydiermittel sind folgende :
EMI5.2
<tb>
<tb> Legierungsgrundmetall <SEP> Wärmereduzierbare <SEP> Metalloxyde
<tb> im <SEP> Oxydiermittel
<tb> Kupfer <SEP> Kobaltoxyd, <SEP> Nickeloxyd, <SEP>
<tb> Kupferoxyd
<tb> Nickel <SEP> Kobaltoxyd, <SEP> Nickeloxyd,
<tb> Kupferoxyd
<tb> Kobalt <SEP> Kobaltoxyd, <SEP> Nickeloxyd,
<tb> Kupferoxyd
<tb>
Entsprechend ist das harte hochtemperaturfeste Metalloxyd im Oxydiermittel vorzugsweise das gleiche Lösungsmetalloxyd, das sich während der inneren Oxydierung der Legierung bildet, obgleich das hochtemperaturfeste Metalloxyd im Oxydiermittel ein anderes als das Lösungsmetalloxyd in der intern oxydierten Legierung sein kann.
Beispiele für Kombination von Lösungsmetalloxyden und den harten hochtemperaturfesten Metalloxyden im Oxydiermittel sind folgende :
EMI5.3
<tb>
<tb> Lösungsmetalloxyd <SEP> Hartes <SEP> hochtemperaturfestes
<tb> Metalloxyd <SEP> im <SEP> Oxydiermittel
<tb> Al2O3 <SEP> Al2O3, <SEP> BeO, <SEP> ZrO2, <SEP> ThO2
<tb> BeO <SEP> Al@O@, <SEP> BeO, <SEP> ZrO@, <SEP> ThO
<tb> 2 <SEP> 3 <SEP> 2 <SEP> 2
<tb> ZrO <SEP> Al@O3, <SEP> BeO, <SEP> ZrO@, <SEP> THO
<tb> ThO <SEP> AlO@, <SEP> BeO, <SEP> ZrO, <SEP> THO
<tb> 2 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 2 <SEP> 2 <SEP>
<tb>
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Um einen richtigen Anteil des Oxydiermittels zu erreichen, setzt man etwa 0, 1 bis etwa 10 Gew.-Teile Oxydiermittel auf 100 Teile der intern zu oxydierenden Legierung ein.
Die genauen Anteile hängen vom zu oxydierenden Lösungsmetall, dessen Anteil in der Legierung und dem Sauerstoffgehalt des Oxydiermittels ab.
In einer gewerblich wichtigen Ausführungsform ist das Grundmetall Kupfer, das Lösungsmetall Aluminium, und das Oxydiermittel enthält Kupferoxyd als das in situ wärmereduzierbare Metalloxyd und Aluminiumoxyd als das harte hochtemperaturfeste Metalloxyd. Das Kupferoxyd liegt im Oxydiermittel in im wesentlichen stöchiometrischen Anteilen vor, um das gesamte metallische Aluminium im Legierungspulver intern zu Aluminiumoxyd zu oxydieren.
Während der inneren Oxydation wird in der vorzugsweise angewendeten Ausführungsform der Sauerstoffanteil des in situ wärmereduzierbaren Kupferoxyds im Oxydiermittel auf das metallische Aluminium in der Legierung übertragen, wobei das Kupferoxyd im Oxydiermittel zu Kupfer reduziert wird, das sich infolge seiner innigen Vermischung mit dem Aluminiumoxyd im Oxydiermittel während der nachfolgenden Koaleszierung unter Warmbearbeitung dispersionsverfestigt. Die Stöchiometrie des Oxydiermittels wird so vorbestimmt, dass die Zusammensetzungen des Oxydiermittelrestes und der intern oxydierten Legierung nach der inneren Oxydation im wesentlichen identisch sind.
Dieses Merkmal stellt einen erheblichen Fortschritt gegenüber den Verfahren des Standes der Technik dar, bei denen lediglich ein Grundmetalloxyd als Oxydiermittel eingesetzt und zum Grundmetall umgesetzt wird, das seinerseits entfernt werden muss, oder bei denen die Mischung des Grundmetalloxyds und des temperaturfesten Oxyds infolge un-
EMI6.1
Zusammensetzung und der Rekristallisationsbehandlung nach der Erfindung abhängen.
Das Verhältnis der mittleren Teilchengrössendurchmesser der Legierungsteilchen zu denen der Oxydier- mittelteilchen sollte mindestens etwa 2 : 1 betragen und ist gewöhnlich etwa 5 : 1 und etwa 30 : 1 oder höher, falls in der Praxis erforderlich, um eine erwünschte gegenseitige Berührung der Teilchen zwecks wirksamer chemischer Reaktion und maximaler Homogenität des Produktes zu erreichen. Im allgemeinen sind die Oxydiermittelteilchen im Mikron- oder Submikronbereich.
Bei der Herstellung der Legierung-Oxydiermittelmischung nach dem vorzugsweise angewendeten Verfahren setzt man mindestens 0, l Gew.-Teil Oxydiermittel pro 100 Gew.-Teile Pulverlegierung und wünschenswerterweise zwischen 0, 1 und 20 Gew.-Teilen Oxydiermittel ein. Vorzugsweise kombiniert man 0, 1 bis 10 Gew.-Teile Oxydiermittel mit 100 Gew.-Teilen Pulverlegierung. Die genauen Anteile des Oxydermittels im Verhältnis zur Legierung hängen vom Lösungsmetall der zu oxydierenden Legierung und dem Sauerstoffgehalt des Oxydiermittels ab. Die Menge des zuzugebenden Oxydiermittels kann nach der stöchiometrischen Sauerstoffmenge bestimmt werden, die erforderlich ist, um das Lösungsmetall vollständig zu oxydieren.
In dieser Hinsicht wird man das wärmereduzierbare Metalloxyd in einer solchen Menge zugeben, dass das Lösungsmetall in der Legierung vollständig oxydiert, während die Menge des harten temperaturfesten Metalloxyds von der Menge des wärmereduzierbaren Metalloxyds abhängt. Das Gemisch aus Legierung und Oxydiermittel wird innen oxydiert, indem man das Gemisch 30 min lang auf wenigstens 760 C, vorzugsweise auf 950 C, erhitzt. Der nach der inneren Oxydation verbleibende Rest an wärmereduzierbarem Metalloxyd wird im Verlauf der Koaleszenz durch das harte wärmefeste Metalloxyd dispersionsverfestigt.
Es wird eine zur vollständigen Oxydation des Lösungsmetalls in der Legierung ausreichende Menge des Oxydiermittels eingesetzt ; liegt ein Überschuss an Oxydiermittel vor, kann das sich ergebende intern oxydierte Metallpulver mit Wasserstoff bei etwa 8160C so lange reduziert werden, bis die Restoxyde entfernt sind. Dispersionsverfestigte Metalle werden durch Koaleszieren und/oder Strangpressen bei etwa 9250C hergestellt.
Das intern oxydierte Legierungspulver und die Oxydiermittelrückstände werden durch thermische Koaleszierung zu einem festen metallischen Werkstück verfestigt, in dem der Oxydiermittelrückstand dispersionsverfestigt ist, um so einen integralen Bestandteil des resultierenden Werkstückes zu bilden. Die jeweils angewendete Methode der thermischenKoaleszenz hängt von derForm und der Grösse des herzustellenden Werkstückes ab. Beispielsweise ist Heissauspressen eine geeignete Methode zur Herstellung langer Produkte mit kleinem Querschnitt sowie anderer langgestreckter Produkte verschiedener Querschnittsform. Beim Heissauspressen wird das intern oxydierte Legierungspulver in geeignete Metallbehälter eingefüllt, die dann ausgepresst werden.
Der Heissauspressvorgang kann auch derart vor sich gehen, dass man vorher das Pulver zu Barren im Zuge an sich bekannter Verdichtungsmethoden presst, wie z. B. durch Pressen durch Düsen, isostatisches Verpressen in der Kälte u. dgl., und sodann verarbeitet. Flache Produkte, wie beispielsweise Platten und Streifen, können durch Heisswalzen der vorverdichteten Barren thermisch koalesziert werden.
Dünne streifenförmige Produkte können durch direktes Walzen des intern oxydierten Legierungspulvers kombiniert mit einer Heisswalz-Zwischenbehandlung thermisch koalesziert werden. Werkstücke mit grossen Quer- schnitten können durch Heissschmieden, Vakuumheisspressen, isostatisches Heisspressen u. dgl. erzeugt werden. Die Festigkeit und Härte der erzeugten verfestigten Werkstücke können durch eine Kaltbearbeitung,
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wie z. B. Schmieden, Walzen oder Auspressen, so sich die Produkte für eine solche Kaltbearbeitung eignen, erhöht werden.
Die Fig. 6, 7 und 8 zeigen einen zylindrischen Metallbehälter --10-- mit den Seitenwänden --12-- gleich- mässiger Dicke, einer vorderen Endwand --14-- und einer hinteren Endwand --16--. Die vordere Endwand - und die hintere Endwand --16-- sind so mit der Seitenwand --12-- verbunden, dass sie den Behälter - hermetisch verschliessen. Die rückseitige Wand --16-- ist konisch, steht vom Inneren des Behälters - her vor und ist mit einer mittig angeordneten Düse --18-- mit der Düsenöffnung --20-- versehen. Duch die Düse --18-- kann das Metallpulvergemisch in dem Behälter --10-- vor der inneren Oxydation und dem Auspressen eingeführt werden.
Die Düsenöffnung --20-- ist im Verhältnis zur Grösse des Behälters - -10-- ausreichend gross bemessen und kann beispielsweise einen Durchmesser von etwa 12,7 bis 25, 4 mm haben. Der zylindrische Metallbehälter hat typischerweise einen Durchmesser --D-- von 203, 2 mm und eine Länge --L-- von etwa 610 mm. Der Durchmesser --D-- und/oder die Zylinderlänge --L-- können abhängig von der Grösse des ausgepressten Gegenstandes oder von der Grösse der Auspresskammer der Presse im Verhältnis grösser oder kleiner sein. Eine wirksame und wirtschaftliche Arbeitsweise wird erreicht, wenn man die Zylinderlänge --L-- gegenüber dem Zylinderdurchmesser-D-so gross wie möglich macht, um die Auspresskosten gering zu halten.
Die Gesamtgrösse des Behälters richtet sich im allgemeinen nach der Grösse der verfügbaren Presse, in der der Behälter --10-- wünschenswerterweise innerhalb des Speisehohlraumes einen allseitigen Abstand von etwa 12, 7 mm hat. Die vordere Endwand --14-- des Behälters --10-- ist als konvex gestaltet dargestellt, obgleich auch eine flache oder konkave vordere Endwand verwendet werden kann. Die Dicke der Seitenwand des Behälters ist wünschenswerterweise grösser als 1, 6 mm und beträgt vorzugsweise etwa 3, 2 mm.
Grössere Wanddicken können verwendet werden, wenn sie erforderlich sind. Die vordere Endwand --14-- und die hintere Endwand --16-- haben Wandicken, die der dar Seitenwände --12-- entsprechen. Der Behälter - ist aus Metall gefertigt und wünschenswerterweise metallurgisch mit der auszupressenden Legierung kompatibel. Beispielsweise wäre ein Kupferbehälter erwünscht für das Auspressen einer Kupferlegierung, ein Nickelbehälter für eine Legierung aus rostfreiem Stahl oder Nickel, ein Silberbehälter für eine Silberlegierung, und ein Stahlbehälter für einen Stahl. Vorzugsweise ist das Metall des Behälters mit der darin enthaltenden Legierung kompatibel, da das Metall des Behälters selbst während des Auspressvorganges mit der Legierung, an welcher es anhaftet, vollständig ausgepresst wird.
In der Praxis wird der Behälter --10-- mit einem trägen Gas wie Argon oder Stickstoff ausgeblasen, das unter Druck durch die Düse --18-- eingeführt wird. Sodann wird die Mischung aus dem Legierungspulver und dem Oxydiermittel durch die Düse --18-- in den Behälter --10-- eingefüllt, bis dieser voll ist. Die Mischung aus der Legierung und dem Oxydiermittel wird sodann durch mechanische Schwingungen verdichtet bzw. abgesetzt. Sodann verschliesst man die Düse --18-- durch Verschweissen oder Abdrücken, wobei jedoch im hintersten Teil der Düse --18-- ein Nadelloch --22-- verbleibt.
Dieses kleine Loch --22-- erlaubt es den Gasresten im Behälter --10--, zu entweichen, wodurch man einen Druckanstieg während des nachfolgenden Erwärmens, das für die innere Oxydation erforderlich ist, vermeidet.
Nachdem man den Behälter --10-- gefüllt und verschlossen hat, setzt man ihn zur inneren Oxydation starker Wärme von mindestens 7600C aus und erwärmt ihn vorzugsweise mindestens 1/2 h auf 9550C. Nach der inneren Oxydation kann der verschlossene Behälter --10-- unmittelbar in eine herkömmliche Extrusionspresse eingesetzt und ohne vorherige Kühlung bei Temperaturen von 871 bis 9270C ausgepresst werden.
Der Auspressschritt kann unmittelbar auf die innere Oxydation folgen ; alternativ kann man den Behälter auf Raumtemperatur abkühlen und vor dem Auspressen erneut erhitzen. Nach der inneren Oxydation wird das Nadelloch --22-- vorzugsweise vor dem Auspressen verschlossen, um ein Eintreten von Luft in den Behälter --10-- zu verhindern.
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in dem gleichen Behälter dispersionsverfestigt werden kann, der für das Auspressen benutzt wird, eliminiert auf einmalige Weise den Zwischenschritt eines Entfernens des intern oxydierten Materials aus dem Behälter nach der inneren Oxydation, wodurch sich einerseits die Durchführung des Verfahrens erheblich vereinfacht und anderseits die Güte (Reinheit) des Produktes verbessert.
Um einen richtigen Anteil des Oxydiermittels im Metallpulvergemisch zu erreichen, setzt man 0, 1 bis 10 Gew.-Teile Oxydiermittel pro 100 Teile der intern zu oxydierenden Legierung ein. Die genauen Anteile hängen von dem zu oxydierenden Lösungsmetall, der Konzentration des Lösungsmetalls in der Legierung und dem Sauerstoffgehalt des Oxydiermittels ab. Das wärmereduzierbare Metalloxyd liegt in im wesentlichen stöchiometrischen Anteilen vor, um das gesamte Lösungsmetall in der Legierung intern zu oxydieren. Man setzt mindestens 0,1 Gew.-Teil des Oxydiermittels wünschenswerterweise zwischen 0, 1 und 20 Gew.-Teile
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1gierungspulvers ein.
Vorzugsweise wird der Anteil des wärmereduzierbaren Metalloxyds und des harten wärmefesten Metalloxyds so vorbestimmt, dass die Zusammensetzung des Oxydiermittelrestes mit der der
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intern oxydierten Legierung im dispersionsverfestigten Metall nach beendeter innerer Oxydation im wesentlichen identisch ist. Die zuzugebenden Mengen solcher Oxydiermittel lassen sich aus der stöchiometrischen Menge an Sauerstoff bestimmen, die erforderlich ist, um das Lösungsmetall vollständig zu oxydieren. Vorzugsweise vermeidet man einen Oxydiermittelüberschuss, damit in der intern oxydierten Metallmischung nicht mehr als etwa 0, 1% reduzierbarer Sauerstoff verbleibt.
Auf diese Weise verliert die intern oxydierte Metallmischung nicht mehr als etwa 0, 1 Gew. -%, weIUl sie einem Wasserstoffreduktionstest unterworfen wird. Der Wasserstoffreduktionstest ist ein zerstörender Test, der sich auf eine typische Probe der intern oxydierten Metallmischung anwenden lässt, die man nach beendeter innerer Oxydation dem verschlossenen Behälter entnimmt. Die gesinterte Masse wird zerpulvert, gesiebt, gewogen und dann bei einer Temperatur von 871 C 1/2 h lang in einer Wasserstoffatmosphäre vorgehalten. Der gemessene Gewichtsverlust beträgt vorzugsweise nicht mehr als etwa 0, 1% des Gesamtgewichts der getesteten Probe.
Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung weiter erläutern, aber ihren Umfang nicht einschränken.
Sämtliche Teile-Angaben sind Gewichtsteile.
Beispiel l :
Teil A - Zubereitung des Legierungspulvers.
Hämmerbare Elektrolytkupferstangen werden in einem inerten wärmefesten Tiegel in einem Induktionsofen unter reduzierenden Bedingungen bei etwa 12600C eingeschmolzen. In die Kupferschmelze werden Aluminiumspäne zu 0, 33 Gew.-% der resultierenden Schmelzenmasse eingegeben.
Die geschmolzene Lösung von Aluminium wird dann auf 13160C überhitzt und durch eine Zerstäuberöff- nung in einem Stickstoffstrahl zerstäubt (alternativ sind andere träge Gase oder Wasser oder Dampf als Zerstäuberflüssigkeit anwendbar), um ein staubartiges Cu-Al-Legierungspulver zu erreichen, das ein Normsieb von 100 mesh (US-Sieve) praktisch vollständig durchläuft, was auf eine mittlere Teilchengrösse von weniger als 146 um schliessen lässt.
Das zerstäubte und gesiebte Legierungspulver wird bei einer Temperatur von etwa 871 C etwa 1/2 h lang in einer trägen Argonatmosphäre rekristallisiert, um eine Korngrösse des rekristallisierten Legierungspulvers von mindestens 45 p. m zu erreichen. Vorzugsweise sind die Körner so gross wie möglich, um die Korngrenzflächen im Pulver so gering wie möglich zu halten. Das Legierungspulver ist dann für die Verwendung mit dem Oxydiermittel fertig.
Teil B - Zubereitung des Oxydiermittels.
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schlämmt, und man setzt das Rühren bei schwacher Erwärmung bei 930C fort, bis das Wasser verdampft und die Mischung fast trocken ist. Dann erwärmt man die Mischung etwa 1/2 h lang bei etwa 260 C, um das Aluminiumnitrat zu Aluminiumoxyd zu zersetzen. Das resultierende Agglomerat wird dann zu einem feinen Oxy-
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Das Legierungspulver des Teils A wird mit dem Oxydiermittelpulver des Teils B in Anteilen von 2, 12 Teilen Oxydiermittel zu 100 Teilen Legierungspulver gründlich vermischt. Das Mischen lässt sich in einer Kugelmühle durchführen, obgleich ein herkömmlicher V-Kegelmischer alternativ verwendet werden kann.
Teil D-Innere Oxydation der Legierungspulver-Oxydiermittel-Mischung zur Bildung des intern oxy- dierten Metallpulvers.
Die Mischung des Legierungspulvers mit demOxydationsmittel nach Teile wird in ein Oxydiergefäss eingebracht, das man sodann verschliesst. Das Oxydiergefäss ist aus Kupfer oder aus mit Kupfer ausgekleidete Stahl, um eine Verunreinigung der Legierungspulver-Oxydiermittel-Mischung während der Oxydation zu vermeiden.
Sodann bringt man die Legierungspulver-Oxydiermittel-Mischung auf eine Temperatur von etwa 9550C und hält sie dort etwa 30 min vor, um die innere Oxydation des Legierungspulvers zu bewirken. Alternativ kann die innere Oxydation auch kontinuierlich durchgeführt werden, indem man einen Durchlaufofen mit Schutzatmosphäre anwendet.
Nach der SOminütigen Oxydationsdauer ist fast das gesamte Aluminium in demlegierungspulverzu Al 20 3 oxydiert und im wesentlichen das gesamte Kupferoxyd im Oxydiermittel zu metallischem Kupfer reduziert.
Die Teilchen aus der intern oxydierten Legierung bestehen zu 99, 37 Gew.-% aus Kupfer und geringen Verunreinigungsanteilen sowie 0, 63 Gew.-% A10. Der Oxydiermittelrest besteht aus 99, 37% Kupferteilchen und 0, 63% AI 0-Teilchen. Das intern oxydierte Metallpulver insgesamt besteht aus 98, 21% intern oxydiertem Legierungspulver und 1, 79% Oxydiermittelrest.
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Teil E-Reduktion des intern oxydierten Metallpulvers.
Das intern oxydierte Metallpulver des Teils D wird sodann in eine reduzierende Wasserstoffatmosphäre eingebracht und dort bei etwa 8160C etwa 1 h vorgehalten, um die Kupferoxydreste zu reduzieren.
Teil F-Thermische Koaleszenz oder Konsolidierung das intern oxydierten Metallpulvers.
Das intern oxydierte und reduzierte Metallpulver des Teils E wird sodann unter einer trägen Argonatmo- sphäre in eine dünnwandige Kupferdose mit einem Durchmesser von etwa 180 mm eingefüllt, die mit einem Lüftungsrohr versehen ist. Die Dose mit Inhalt wird auf etwa 9270C erhitzt und das Lüftungsrohr wird verschlossen. Alternativ zur Verwendung einer Schutzgasatmosphäre kann man das Lüftungsrohr an Unterdruckpumpe anschliessen und die Dose evakuieren, während man die Temperatur der Dose auf 9270C bringt, um Gaseinschlüsse aus dem Pulver zu entfernen. Nach einer Evakuierung bei 10-5 mm Hg und 9270C für 60 min verschliesst man das Lüftungsrohr und nimmt es von der Vakuumpumpe ab.
Die verschlossene Dose setzt man dann in eine Kolben-Extrusionspresse ein und presst sie zu einem Pressling in Form einer Rundstange eines Durchmessers von etwa 32 mm aus. Dies entspricht einem Auspressverhältnis (Verhältnis der Querschnittsfläche der Dose zur Querschnittsfläche des Presslings) von etwa 31 : l.
Das Stangenmaterial besteht aus etwa 99, 37% Kupfer, durch das 0, 63% (bzw. etwa 1, 5 Vol.-%) AI 0 dispergiert sind ; die Dichte beträgt etwa 99, 3% des theoretischen Wertes. Das Stangenmaterial hat eine elektrische Leitfähigkeit von 88% IACS (International Annealed Copper Standard : Ein 1 m langer Cu-Draht, der 1 g wiegt und bei 200C einen Widerstand von 0, 15328 Ohm aufweist, hat eine Leitfähigkeit von 100% IACS ; vgl. Kirk-Othmer,"EncyclopediaofChemicalTechnology", 2. Ausgabe, Bd. VI, IntersciencePubli- shers, Inc., 1965, S. 133), eine Zugfestigkeit von etwa 50, 62 kg/mm2 (etwa 5 N/mm2), eine Dehnung von 19% nach dem ASTM-Test E-8 (Probe von 4, 06 mm Durchmesser und 16, 51 mm Messlänge) sowie eine RockwellHärte von etwa 75 Einheiten auf der B-Skala.
Weiters kann die Leitfähigkeit gemäss IACS bezogen auf einen Kupferdraht von 1 m Länge und 1 mm2 Querschnitt mit einem Widerstand von 100% IACS bestimmt werden.
Die Werte sind identisch mit einer Kupferdichte von 0, 89 g/cm3 und variieren etwas mit Dichteschwankungen. Sämtliche in diesem Beispiel angegebenen Messungen der Probeneigenschaften sind bei Raumtemperatur durchgeführt. Das Stangenmaterial ist im wesentlichen gleichmässig und frei von den Fehlern in der Zusammensetzung, die sich normalerweise ergeben, wenn im dispersionsverfestigten Werkstück noch ver- brauchtes Oxydiermaterial vorliegt.
Das Stangenmaterial kann in diesem Zustand verwendet oder auch durch Hämmern, Schmieden, Walzen, Drahtziehen, Kaltauspressen oder Kaltziehen weiterverarbeitet werden, um Werkstücke mit besonders hoher Zugfestigkeit nach herkömmlichen Verfahren der Kaltverformung zu erzeugen.
Reduziert man das Stangenmaterial beispielsweise durch Kalthämmern auf 50% der Querschnittsfläche, ist die Zugfestigkeit 56, 25 kg/mm2 (etwa 560 N/mm2), die Dehnung 13%, die Rockwell-B-Härte gleich 84 Einheiten und die Leitfähigkeit gleich 86% IACS.
Dieses gehämmerte Material mit einer Roekwell-B-Härte von 84 Einheiten, das nach dem Verfahren des Beispiels 1 hergestellt wurde, wird zusammen mit einer handelsüblichen Kupfer-Chrom-Legierung (0, 9% Cr) bei verschiedenen Temperaturen 1 h lang in Argon geglüht. Mit dem Material nach der Erfindung wurden verbesserte Härtewerte erhalten. In einem weiteren Experiment werden die beiden gleichen Materialien bei 5380C miteinander in Argon geglüht. Die Proben werden dem Glühofen in verschiedenen Zeitintervallen entnommen, auf Raumtemperatur abgekühlt und auf Härte geprüft. Die Tests zeigen einen überlegenen Widerstand gegen Weichwerdung bei Erhitzung des dispersionsverfestigten Werkstückes nach der Erfindung.
Beispiel 2 :
Eine der dem Beispiel ähnliche Kupferlegierung mit 0, 31 Gew.-% Aluminium wird mit Stickstoff zerstäubt, um das Legierungspulver herzustellen. Das Legierungspulver wird in zwei Fraktionen zerteilt, nämlich eine -80+325 mesh-Fraktion und eine -325 mesh-Fraktion. Jede Fraktion wird in einem Kornwuchsschritt rekristallisiert und mit einer entsprechenden Fraktion ohne Kornwuchs verglichen. In der Korn- wuchsfraktion wird das zerstäubte Pulver dar Rekristallisationsbehandlung (1 h bei 9820C unter einer Argonatmosphäre) vor der inneren Oxydation unterworfen. Vor der Rekristallisation ist der mittlere Korndurchmesser 0, 00397 mm, nach der Rekristallisation 0, 045 mm.
Sowohl das nicht behandelte zerstäubte Pulver als auch das behandelte zerstäubte Pulver mit Kornwuchs wird jeweils mit stöchiometrischen Mengen eines Oxydiermittels aus einer innigen Mischung von Cu 0 und Al 0 im Submikronbereich vermischt und, wie in Beispiel 1 dargelegt, in Argon bei 955 C etwa 30 min intern oxydiert. Sowohl die nicht behandelte als auch die Mischung mit Kornwuchs werden dann bei 8160C 1 h lang in Wasserstoff reduziert, um überschüssigen Sauerstoff zu entfernen. Die reduzierten Pulvermischungen werden kalt in einem 7, 5 x 1 cm grossen rechteckigen Gesenk bei einem Druck von 0, 0281 kg/mm2 zu einem Pressling mit einem Querschnitt von 1 x 1 cm verdichtet. Der Pressling wird warm auf 99, 3% Dichte und dann kalt auf eine Flächenreduktion von etwa 30% geschmiedet.
An den kaltgeschmiedeten Stangen wurden dann die Vickershärten bestimmt und nach weiterer einstündiger Glühbehandlung bei 8160C nochmals in Argon gemessen. Die Vickers-Diamantpyrami- denhärten wurden in kg/mm2 unter 15 g Last gemessen ; die Ergebnisse zeigt die Tabelle 1 :
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Tabelle 1
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<tb>
<tb> Probe <SEP> Mesh- <SEP> Behandlung <SEP> Korngrösse <SEP> Vickers-Härte <SEP> Vickers-Härte <SEP>
<tb> Nr. <SEP> Fraktion <SEP> (mittlerer <SEP> im <SEP> geschm. <SEP> (nach <SEP> Istündigem
<tb> Durchmesser) <SEP> Zustand <SEP> unter <SEP> Glühen <SEP> bei <SEP> 816 C)
<tb> (mm) <SEP> 15 <SEP> g <SEP> Last <SEP> unter <SEP> 15 <SEP> g <SEP> Last <SEP>
<tb> (kg/mm2) <SEP> (kg/mm2)
<tb> 2 <SEP> (a) <SEP> -80+325 <SEP> mit <SEP> 0, <SEP> 045 <SEP> 149 <SEP> 139
<tb> Kornwuchs
<tb> 2 <SEP> (b) <SEP> -80+325 <SEP> ohne <SEP> 0, <SEP> 00397 <SEP> 122 <SEP> 103
<tb> Kornwuchs
<tb> 2 <SEP> (c) <SEP> -325 <SEP> mit <SEP> 0, <SEP> 045 <SEP> 153 <SEP> 153
<tb> Kornwuchs
<tb> 2 <SEP> (d) <SEP> -325 <SEP> ohne <SEP> 0, <SEP> 00397 <SEP> 150 <SEP> 132
<tb> Kornwuchs
<tb>
Beispiel 3 :
Eine Kupferlegierung mit 0, 70% Aluminium wird auf die im Beispiel 1 (Teil A) beschriebene Weise erstellt. Eine Probe (a) dieser Legierung wird auf die im Beispiel 1 beschriebene Weise behandelt, wobei vor der inneren Oxydation die Korngrösse durch Rekristallisation vergrössert wird. Eine zweite Probe (b) wird auf gleiche Weise, aber ohne Kornwuchsbehandlung zubereitet. Das Pulver (a) und auch das Pulver (b) wurden gehaltert, poliert und geätzt. Das Pulver (b) - ohne Rekristallisation und Kornwuchs - zeigt nach der inneren Oxydation einen inneren Oxydfilm, während die Probe (b) - mit Rekristallisation und Kornwuchs keinen Oxydfilm zeigt.
Die Vickers-Diamantpyramidenhärten der intern oxydierten Pulver (a) und (b), die nach der im Beispiel 2 angegebenen Methode gemessen wurden, ergaben folgende Werte :
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Härten, elektrischen Leitfähigkeiten und die Endfestigkeit an :
Tabelle 2
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<tb>
<tb> Probe <SEP> Behandlung <SEP> Rockwell-Härte <SEP> elektrische <SEP> Zugfestigkeit
<tb> Nr. <SEP> (B-Skala) <SEP> Leitfähigkeit <SEP>
<tb> (% <SEP> IACS)
<tb> 3 <SEP> (a) <SEP> mit <SEP> 90 <SEP> 79 <SEP> 59, <SEP> 76 <SEP> kg/mm2 <SEP>
<tb> Kornwuchs <SEP> (etwa <SEP> 590 <SEP> N)
<tb> 3 <SEP> (b) <SEP> ohne <SEP> 83 <SEP> 75 <SEP> 56, <SEP> 25 <SEP> kg/mm2 <SEP>
<tb> Kornwuchs <SEP> (etwa <SEP> 560 <SEP> N)
<tb>
Beispiel 4 :
Zwei Fraktionen von-100 mesh-Kupferlegierungspulver mit 0, 70% Al wurden bei 4500C etwa 1/2 h lang oberflächenoxydiert, um genug Sauerstoff aufzunehmen, um die 0, 70% Al im Legierungspulver vollständig zu oxydieren. Eine Fraktion (a) war vorher rekristallisiert worden, um einen Kornwuchs zu bewirken, wie in Beispiel 2 beschrieben, aber die andere Fraktion (b) wurde der Kornwuchsbehandlung nicht ausgesetzt.
Beide Fraktionen, (a) und (b), wurden 1/2 h bei 955% ! intern oxydiert und dann reduziert, um überschüssi- gen Sauerstoff zu entfernen.
Jede Fraktion wurde für sich in einen 50, 8 mm langen Kupferbehälter von 31, 75 mm Durchmesser eingeschlossen, vorgewärmt und bei etwa 9270C zu Stäben mit 6,35 mm Durchmesser ausgepresst. Die Tabelle 3 gibt die Rockwell-Härten, elektrischen Leitfähigkeiten und Endfestigkeiten an, die an diesen Stäben gemessen wurden :
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Tabelle 3
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<tb>
<tb> Probe <SEP> Behandlung <SEP> Rockwell-Härte <SEP> elektrische <SEP> Zugfestigkeit
<tb> Nr. <SEP> (B-Skala) <SEP> Leitfähigkeit
<tb> (% <SEP> IACS)
<tb> 4 <SEP> (a) <SEP> mit <SEP> 89 <SEP> 78 <SEP> 59, <SEP> 76 <SEP> kg/mm2 <SEP>
<tb> Kornwuchs <SEP> (etwa <SEP> 590 <SEP> N)
<tb> 4 <SEP> (b) <SEP> ohne <SEP> 82 <SEP> 80 <SEP> 55, <SEP> 54 <SEP> kg/mm2 <SEP>
<tb> Kornwuchs <SEP> (etwa <SEP> 555 <SEP> N)
<tb>
Beispiel 5 :
Entsprechend dem Verfahren des Beispiels 1 wird eine Nickellegierung mit 0, 45% Al mit Stickstoff zu einem Legierungspulver zerstäubt. Das Legierungspulver wird in zwei Fraktionen zerteilt, nämlich eine Fraktion, die in einem Kornwuchsschritt rekristallisiert wurde, und eine andere Fraktion, die dieser Behandlung nicht ausgesetzt wurde. In der Kornwuchsfraktion wird das zrstäubte Nickellegierungspulver der Rekristallisierungsbehandlung bei etwa 10360C 1 h lang in Argon unterworfen, um die Korngrösse von 45 um zu erreichen. Die rekristallisierte und die unbehandelte Fraktion des Nickellegierungspulvers werden dann mit 1, 89 Gew.-Teilen eines pulverförmigen Oxydiermittels mit 1, 87 Teilen Nickeloxyd und 0, 013 Teilen ) Aluminiumoxyd pro 100 Gew.-Teilen Pulverlegierung vermischt.
Die Mischungen aus Nickellegierung und Oxydiermittel werden dann gemäss Beispiel 1 etwa 3 h in Argon bei 955 C intern oxydiert. Beide Fraktionen werden sodann mit Wasserstoff bei 8160C etwa 1 h lang reduziert, um überschüssigen Sauerstoff zu entfernen, und die reduzierten Pulvermischungen kaltverpresst und warmgeschmiedet, wie im Beispiel 2 beschrieben, sowie geprüft. Die rekristallisierte Legierungsfraktion mit Kornwuchs zum Erreichen einer Korngrö- ssenzahl von mindestens 45 um ergab wesentlich verbesserte Vickers-und Rockwell-Härten, elektrische Leitfähigkeit und Zugfestigkeit gegenüber der andern, nicht rekristallisierten Fraktion.
Beispiel 6 : Eine Silberlegierung mit 99, 52% Silber und 0, 48% Aluminium wird mit Stickstoffgas auf eine dem Beispiel 1 entsprechende Weise zum Legierungspulver zerstäubt. Das Legierungspulver wird dann in zwei Fraktionen geteilt, von denen eine zwecks Kornwuchs rekristallisiert wird und die andere unbehandelt bleibt. Das zerstäubte Legierungspulver der Kornwuchsfraktion wird bei etwa 816 C etwa 1 h unter Argon rekristallisiert, um die Korngrösse Nr. 6 zu erreichen.
Sowohl die rekristallisierte als auch die unbehandelte Fraktion werden mit 6, 23 Teilen eines pulverförmigen Oxydiermittels mit 6, 18 Teilen Silberoxyd und 0, 052 Teilen Aluminiumoxyd je 100 Gew.-Teile Legierungspulver vermischt. Beide Fraktionen werden dann bei 649 C in Argon etwa 1 h intern oxydiert, wie im Beispiel 1 beschrieben. Jede Fraktion wird reduziert, verpresst und warmgeschmiedet, wie im Beispiel 2 angegeben. Die rekristallisierte Fraktion zeigt erheblich bessere Vickers-und Rockwell-Härten, elektrische Leitfähigkeit und Zugfestigkeit als die unbehandelte Fraktion.
Beispiel 7 : Das Verfahren nach Beispiel 1 wird wiederholt mit dar Ausnahme, dass im Teil F die Kupferdose mit einem Durchmesser von 178 mm durch eine solche mit einem Durchmesser von 31, 75 mm ersetzt wird. Das Auspressen findet mit einem Auspressverhältnis von 30 : 1 statt ; der resultierende Stab hat einen Durchmesser von 6, 35 mm. Ein derartiger Stab hat eine elektrische Leitfähigkeit von 86, 7% IACS, eine Zugfestigkeit von etwa 51, 33 kg/mm2 (etwa 513 N) und eine Dehnung von 18, 8% bei einer Messlänge von 16, 51 mm.
Beispiel 8 : Das Material des Teils E im Beispiel 1 wird in eine dünnwandige Kupferdose mit 31, 75 mm Durchmes- ser gegeben und mit einem Auspressverhältnis von 45 : 1 zu einem Stab von 5, 32 mm Durchmesser ausgepresst. Dieser Stab hat eine elektrische Leitfähigkeit von 89% IACS und nach dem Hämmern und Ausziehen zu einem Draht eines Durchmessers von 0, 254 mm und einem halbstündigen Glühen in Helium bei 5000C eine Reissfestigkeit von 59, 06 kg/mm2, Zugfestigkeit von 50, 06 kg/mm2 (etwa 500N) und eine Dehnung von etwa 5% bei 254 mm Messlänge.
Beispiel 9 : Das Verfahren des Beispiels 1 wird wiederholt, wobei jedoch die Zusammensetzungen des Legierungspulvers im Teil A und des Oxydiermittels im Teil B so modifiziert sind, dass das Legierungspulver und das Oxydiermittel jeweils das Äquivalent von 0, 22 Gew.-% Aluminium enthalten, um ein ausgepresstes Kupferstangenmaterial mit 0, 42 Gew.-% (bzw. 1 Vol. -%) Al 03 zu erzeugen.
Die elektrische Leitfähigkeit des Stangenmaterials beträgt 91% IACS, die Zugfestigkeit 49, 22 kg (etwa 492 N), die Dehnung 21% und die Rockwell-B-Härte 68 Einheiten. Das Stangenmaterial ist im wesentli-
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chen gleichmässig und frei von denFehlern der Zusammensetzung, die normalerweise bei in situ reduziertem
Kupferoxyd auftreten.
Beispiel 10 :
Das Verfahren nach Beispiel 7 wird wiederholt, wobei jedoch die Zusammensetzung des Legierungspulvers im Teil A und des Oxydiermittels im Teil B so modifiziert werden, dass das Legierungspulver und das
Oxydiermittel jeweils das Äquivalent von 0, 66 Gew.-% Aluminium enthalten, um ausgepresstes Kupferstangen- material zu erzeugen, das 1, 25 Gew.-% (bzw. 3 Vol.-%) AI 0 enthält.
Die elektrische Leitfähigkeit des Stangenmaterials beträgt 78% IACS, die Zugfestigkeit 59, 76 kg/mm2 (etwa 597 N), die Dehnung 19% und die Rockwell-B-Härte 89 Einheiten. Das Stangenmaterial ist im wesent- lichen gleichförmig und frei von denFehlern der Zusammensetzung, die normalerweise mit in situ reduzier- tem Kupferoxyd einhergehen.
Die Fig. 5 zeigt ein Diagramm von Eigenschaften als Funktion des Aluminium-oder Aluminiumoxydge- halts von in Stabform ausgepressten Werkstücken nach der Beschreibung in den Beispielen 8,9 und 10.
Die Beispiele 11 bis 20 belegen weiterhin die Dispersionsverfestigung von Grundmetallen mit verschiedenen Lösungsmetalloxyden durch innere Oxydation. Wo die Löslichkeit es zulässt, wird die Lösungsmetallkonzentration in der Legierung so gewählt, dass etwa 5 Vol.-% des Lösungsmetalloxyds vorliegen. In Fällen, in denen die Löslichkeit des Lösungsmetalls nicht ausreicht, um für 5 Vol.-% des Lösungsmetalloxyds zu sorgen, wird die Lösungsmetallkonzentration in der Legierung auf maximale Löslichkeit bei Raumtemperatur eingestellt. In allen folgenden Beispielen geht das Legierungspulver durch ein 100-mesh-Normsieb (U. S.
Standard Sieve), ist das pulverförmige Oxydiermittel eine innige Mischung der angegebenen Metalloxyde mit einer mittleren Teilchengrösse von etwa 1 bis 5 J. ! m und wird die Mischung des Legierungspulvers und des Oxydiermittels nach den Verfahrensweisen der Teile D, E und F im Beispiel 7 intern oxydiert.
In den in den folgenden Beispielen angeführten Metalloxyden hat das
Kupfer die Wertigkeit 1,
Nickel die Wertigkeit 2,
Eisen die Wertigkeit 3,
Silber die Wertigkeit 1,
Zirkon die Wertigkeit 4,
Molybdän die Wertigkeit 6 und haben
Beryllium und Magnesium jeweils eine Wertigkeit von 2.
Beispiel 11 :
Dispersionsverfestigtes Metallstangenmaterial wird nach dem oben beschriebenen Verfahren durch Oxydation von 100 Teilen einer Pulverlegierung aus 98,87% Kupfer und 1, 13% Aluminium mit 9,38 Teilen eines pulverförmigen Oxydiermittels aus 9,2 Teilen Kupferoxyd und 0, 18 Teilen Aluminiumoxyd hergestellt. Das resultierende dispersionsverfestigte Stangenmaterial hat bei hohen Temperaturen oder nach dem Glühen eine höhere Zugfestigkeit und Härte als Stangenmaterial aus einer entsprechenden Kupfer-Aluminium-Legierung, das nicht intern oxydiert wurde. Weiterhin ist das dispersionsverfestigte Stangenmaterial frei von den Nachteilen, die sich normalerweise aus den Schwankungen der Zusammensetzung ergeben, wenn im dispersionsverfestigten Werkstück noch verbrauchtes Oxydiermittel vorliegt.
Beispiel 12 :
Nach dem oben beschriebenen Verfahren wird dispersionsverfestigtes Metallstangenmaterial durch Oxydation von 100 Teilen einer Pulverlegierung aus 99,37% Cu und 0,63 Be mit 10,26 Teilen eines pulverförmigen Oxydiermittels aus 10, 10 Teilen Kupferoxyd und 0, 16 Teilen Berylliumoxyd hergestellt. Das resultierende dispersionsverfestigte Stangenmaterial hat bei höheren Temperaturen bzw. nach dem Glühen eine höhere Zugfestigkeit und Härte als ein Stangenmaterial aus der gleichen Cu-Be-Legierung, die nicht intern oxydiert wurde. Weiterhin ist das dispersionsverfestigte Stangenmaterial frei von den Nachteilen, die sich normalerweise von den Schwankungen der Zusammensetzung ergeben, wenn im dispersionsverfestigten Werkstück das verbrauchte Oxydiermittel vorliegt.
Beispiel 13 :
Nach dem oben beschriebenen Verfahren wird dispersionsverfestigtes Metallstangenmaterial durch Oxydation von 100 Teilen einer Pulverlegierung aus 99, 90% Kupfer und 0, 10% Zirkon mit 0,319 Teilen eines pulverförmigen Oxydiermittels aus 0,318 Teilen Kupferoxyd und 0,004 Teilen Zirkonoxyd hergestellt. Das resultierende dispersionsverfestigte Stangenmaterial hat bei hohen Temperaturen oder nach dem Glühen eine höhere Zugfestigkeit und Härte als Stangenmaterial aus einer entsprechenden Cu-Zr-Legierung, die nicht intern oxydiert wurde. Weiterhin ist das dispersionsverfestigte Stangenmaterial frei von den Nachteilen, die sich normalerweise aus Schwankungen der Zusammensetzung ergeben, wenn im dispersionsverfestigten Werkstück das verbrauchte Oxydiermittel vorliegt.
Beispiel 14 : Nach dem oben beschriebenen Verfahren wirddispersionsverfestigtes Metallstangenmaterial durch Oxy-
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dation von 100 Teilen einer Pulverlegierung aus 98, 86% Nickel und 1, 14% Aluminium mit 4, 76 Teilen eines pulverförmigen Oxydiermittels aus 4, 68 Teilen Nickeloxyd und 0, 08 Teilen Aluminiumoxyd hergestellt. Das resultierende dispersionsverfestigte Stangenmaterial hat bei höheren Temperaturen oder nach dem Glühen eine höhere Zugfestigkeit und Härte als ein Stangenmaterial aus einer entsprechenden Ni-Al-Legierung, die nicht intern oxydiert wurde. Weiterhin ist das dispersionsverfestigte Stangenmaterial frei von den Nachteilen, die normalerweise bei Schwankungen der Zusammensetzung auftreten, wenn das dispersionsverfestigte Werkstück das verbrauchte Oxydiermittel enthält.
Beispiel 15 :
Nach dem oben beschriebenen Verfahren wird dispersionsverfestigtes Metallstangenmaterial durch Oxydation von 100 Teilen einer Pulverlegierung aus 99, 8% Nickel und 0, 2% Beryllium mit 1, 687 Teilen eines pulverförmigen Oxydiermittels aus 1, 680 Teilen Nickeloxyd und 0, 007 Teilen Berylliumoxyd hergestellt. Das resultierende dispersionsverfestigte Stangenmaterial hat bei höheren Temperaturen oder nach dem Glühen eine höhere Zugfestigkeit und Härte als Stangenmaterial aus einer entsprechenden Ni-Be-Legierung, die nicht intern oxydiert wurde. Weiterhin ist das dispersionsverfestigte Stangenmaterial frei von den Nachteilen, die normalerweise bei Schwankungen der Zusammensetzung auftreten, wenn im dispersionsverfestigten Werkstück das verbrauchte Oxydiermittel vorliegt.
Beispiel 16 :
Nach dem oben beschriebenen Verfahren wird dispersionsverfestigtes Stangenmaterial durch Oxydation
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gen Oxydiermittels aus 0, 327 Teilen Nickeloxyd und 0, 001 Teilen Zirkonoxyd hergestellt. Das resultierende dispersionsverfestigte Stangenmaterial hat bei höheren Temperaturen oder nach dem Glühen eine höhere Zugfestigkeit und Härte als ein Stangenmaterial aus einer entsprechenden Ni-Zr-Legierung, die nicht intern oxydiert wurde. Weiterhin ist das dispersionsverfestigte Stangenmaterial frei von den Nachteilen, die normalerweise sich aus den Schwankungen der Zusammensetzung ergeben, wenn im dispersionsverfestigten Werkstück das verbrauchte Oxydiermittel vorliegt.
Beispiel 17 :
Nach dem oben beschriebenen Verfahren wird dispersionsverfestigtes Stangenmaterial durch Oxydation von 100 Teilen einer Pulverlegierung aus 98, 72% Eisen und 1, 28% Aluminium mit 3, 865 Teilen eines pulverförmigen Oxydiermittels aus 3, 800 Teilen Eisenoxyd und 0, 065 Teilen Aluminiumoxyd hergestellt. Das resultierende dispersionsverfestigte Stangenmaterial hat bei höheren Temperaturen oder nach dem Glühen eine höhere Zugfestigkeit und Härte als ein Stangenmaterial aus einer entsprechenden Fe-AI-Legierung, die nicht intern oxydiert wurde. Weiterhin ist das dispersionsverfestigte Stangenmaterial frei von dan Nachteilen, die sich normalerweise aus den Schwankungen der Zusammensetzung ergeben, wenn im dispersionsverfestigten Werkstück das verbrauchte Oxydiermittel vorliegt.
Beispiel 18 :
Nach dem oben beschriebenen Verfahren wird dispersionsverfestigtes Stangenmaterial durch Oxydation von 100 Teilen einer Pulverlegierung aus 99, 55% Eisen und 0, 45% Beryllium mit 2, 724 Teilen eines pulverförmigen Oxydiermittels aus 2, 700 Teilen Eisenoxyd und 0, 024 Teilen Berylliumoxyd hergestellt. Das resultierende dispersionsverfestigte Stangenmaterial hat bei höheren Temperaturen oder nach dem Glühen eine höhere Zugfestigkeit und Härte als Stangenmaterial aus einer entsprechenden Fe-Be-Legierung, die nicht intern oxydiert wurde. Weiterhin ist das dispersionsverfestigte Stangenmaterial frei von den Nachteilen, die normalerweise mit den Schwankungen der Zusammensetzung einhergehen, wenn im dispersionsverfestigten Werkstück das verbrauchte Oxydiermittel vorliegt.
Beispiel 19 :
Nach dem oben beschriebenen Verfahren wird dispersionsverfestigtes Stangenmaterial durch Oxydation von 100 Teilen einer Pulverlegierung aus 99, 04% Silber und 0, 96% Aluminium mit 12, 70 Teilen eines pul-
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resultierende dispersionsverfestigte Stangenmaterial hat bei erhöhter Temperatur oder nach demGlüheneine höhere Zugfestigkeit und Härte als Stangenmaterial aus einer entsprechenden Silber-Aluminium-Legierung, die nicht intern oxydiert wurde. Weiterhin ist das dispersionsverfestigte Stangenmaterial frei von den Nachteilen, die normalerweise mit den Schwankungen der Zusammensetzung einhergehen, wenn im dispersionsverfestigten Werkstück das verbrauchte Oxydiermittel vorliegt.
Beispiel 20 :
Nach dem oben beschriebenen Verfahren wurde dispersionsverfestigtes Stangenmaterial durch Oxydation von 100 Teilen einer Pulverlegierung aus 98, 84% Silber und 1, 66% Magnesium mit 11, 30 Teilen eines pulverförmigen Oxydiermittels aus 11, 10 Teilen Silberoxyd und 0, 20 Teilen Magnesiumoxyd hergestellt. Das resultierende dispersionsverfestigte Stangenmaterial hatte bei erhöhter Temperatur oder nach dem Glühen eine höhere Zugfestigkeit und Härte als ein Stangenmaterial aus einer entsprechenden Ag-Mg-Legierung, die nicht intern oxydiert wurde. Weiterhin ist das dispersionsverfestigte Stangenmaterial frei von den Nachtei-
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len, die normalerweise mit den Schwankungen der Zusammensetzung einhergehen, wenn im dispersionsverfestigten Werkstück das verbrauchte Oxydiermittel vorliegt.
Die Beispiele 21 und 22 erläutern die Dispersionsverfestigung von Legierungen mit mehreren Grundmetallen (im Gegensatz zu nur einem Grundmetall) durch innere Oxydation unter Anwendung der Verfahrensweise nach den Beispielen 10 bis 20.
Beispiel 21 :
Nach dem oben beschriebenen Verfahren wird dispersionsverfestigtes Stangenmaterial durch Oxydation
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len eines pulverförmigen Oxydiermittels aus 4, 67 Teilen Nickeloxyd und 0, 08 Teilen Aluminiumoxyd hergestellt. Das resultierende dispersionsverfestigte Stangenmaterial hat bei erhöhter Temperatur oder nach dem Glühen eine höhere Zugfestigkeit undHärte als einStangenmaterial aus einer entsprechenden Cu-Ni-AlLegierung, die nicht intern oxydiert wurde. Weiterhin ist das dispersionsverfestigte Stangenmaterial frei von den Nachteilen, die normalerweise mit Schwankungen der Zusammensetzung einhergehen, wenn im dispersionsverfestigten Werkstück das verbrauchte Oxydiermittel vorliegt.
Beispiel 22 :
Nach dem oben beschriebenen Verfahren wurde dispersionsverfestigtes Stangenmaterial durch Oxydation von 100 Teilen eines Legierungspulvers aus 98, 87% Kupfer und 1, 13% Aluminium mit 9, 34 Teilen eines pulverförmigen Oxydiermittels aus 9, 20 Teilen Kupferoxyd und 0, 14 Teilen Berylliumoxyd hergestellt. Das resultierende dispersionsverfestigte Stangenmaterial hat bei erhöhter Temperator oder nach dem Glühen eine höhere Zugfestigkeit und Härte als ein Stangenmaterial aus einer entsprechenden Cu-Al-Legierung, die nicht intern oxydiert wurde. Weiterhin ist das dispersionsverfestigte Stangenmaterial frei von den Nachteilen, die normalerweise mit den Schwankungen der Zusammensetzung einhergehen, wenn im dispersionsverfestigten Werkstück das verbrauchte Oxydiermittel vorliegt, und dies, obgleich die dispergierten Oxyde ungleich sind.
Beispiel 23 :
Nach dem oben beschriebenen Verfahren wird dispersionsverfestigtes Stangenmaterial durch Oxydation
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migen Oxydiermittels aus 0, 327 Teilen Nickeloxyd und 0, 002 Teilen Aluminiumoxyd hergestellt. Das resultierende dispersionsverfestigte Stangenmaterial hat bei erhöhter Temperatur oder nach dem Glühen eine höhere Zugfestigkeit und Härte als ein Stangenmaterial aus einer entsprechenden Ni-Zr-Legierung, die nicht intern oxydiert wurde. Weiterhin ist das dispersionsverfestigte Stangenmaterial frei von den Nachteilen, die normalerweise mit den Schwankungen der Zusammensetzung einhergehen, wenn im dispersionsverfestigten Werkstück das verbrauchte Oxydiermittel vorliegt, und dies, obgleich die dispergierten Oxyde ungleich sind.
In den folgenden Beispielen werden in sich abgeschlossene Metallpulvermischungen durch innere Oxydation dispersionsverfestigt und danach aus dem gleichen Behälter unmittelbar ausgepresst. Die Anteile des wärmereduzierbaren Metalloxyds und des harten wärm3festen Metalloxyds werden so vorbestimmt, dass die Zusammensetzung des Oxydiermittelrestes und dar intern oxydierten Legierung im dispersionsverfestigten Metall nach Beendigung der inneren Oxydation im wesentlichen identisch ist. Die Menge an Oxydiermittel bestimmt sich aus der Sauerstoffmenge, die erforderlich ist, um das Lösungsmetall vollständig zu oxydieren ; jedoch werden keine überschüssigen Mengen verwendet, um zu vermeiden, dass in der intern oxydierten Metallmischung mehr als 0, 1% reduzierbarer Sauerstoff verbleibt.
Beispiel 24 :
Die Legierungspulver-Oxydiermittel-Mischung aus dem Beispiel 1, Teil C, wurde in ein Oxydationsgefäss gefüllt, bei dem es sich um einen zylindrischen Kupferbehälter mit einer Gesamtlänge von 610 mm, einem Durchmesser von 203 mm und einer Wanddicke von 3, 175 mm handelt. Etwa 106, 12 kg der oben angegebenen Mischung wurden in den Behälter eingefüllt und dieser dann mit Argongas gespült und verschlossen, wobei ein Nadelloch für den Druckausgleich blieb.
Die Pulvermischung Legierungspulver/Oxydiermittel wurde dann auf eine Temperatur von 9550C gebracht und dort 30 min vorgehalten, um die innere Oxydation des Legierungspulvers durchzuführen.
Nach dem 30minütigen Oxydationsintervall war fast der gesamte Al-Anteil des Legierungspulvers zu
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bar kleinen Mengen von Verunreinigungen sowie 0, 63 Gew.-% AI 0. während der Oxydiermittelrest 99, 37% Kupferteilchen und 0, 63% Al2 Os enthielt. Insgesamt bestand das intern oxydierte Metallpulver zu 98, 21% aus intern oxydiertem Legierungspulver und zu 1, 79% aus dem Oxydiermittelrest.
Um die Koaleszenz zu erreichen, wurde der Behälter mit der intern oxydierten Metallmischung in eine Kolben-Extrusionspresse eingesetzt und zu einem Pressling in Form einer Rundstange mit einem Durchmesser von etwa 28,58 mm ausgepresst. Diese Behandlung entspricht einem Auspressverhältnis (Verhältnis der Querschnittsfläche des Behälters zur Querschnittsfläche des Presslings) von etwa 50 : 1.
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Das Stangenmaterial bestand zu etwa 99, 37% aus Kupfer mit 0, 63% (bzw. etwa 1, 5 Vol.-%) darin dis- pergiertem A1203. Das Stangenmaterial hatte eine Dichte von etwa 99, 3% des Nennwerts, eine elektrische Leitfähigkeit von 88% IACS, eine Zugfestigkeit von etwa 50, 62 kg/mm2 (etwa 506 N), eine Dehnung nach ASTM Test E-8 von 19% (Messprobe 16, 51 mm lang bei 4, 064 mm Durchmesser) sowie eine Rockwell-BHärte von etwa 75. Sämtliche Messungen wurden bei Raumtemperatur durchgeführt.
Eine Probe des Stangenmaterials wurde durch Kalthämmern um 50% im Querschnitt reduziert ; hienach betrug die Zugfestigkeit 56, 25 kg/mm2 (etwa 562 N), die Dehnung 13%, dieRockwell-B-Härte 84 und die Leitfähigkeit 86% IACS.
Beispiel 25 : Das Verfahren desBeispiels 24 wurde mit der Ausnahme wiederholt, dass der Kupferbehälter mit 203 mm Durchmesser ersetzt wurde durch eine Kupferdose mit 31, 75 mm Durchmesser. Das Auspressen fand in einer Extrusionskammer von 35, 05 mm Durchmesser mit einem Auspressverhältnis von 30 : 1 statt ; das Produkt war ein Stab mit einem Durchmesser von 6, 35 mm. Dieser Stab hatte eine elektrische Leitfähigkeit von 87, 0% IACS, eine Zugfestigkeit von etwa 51. 80 kg/mm2 (etwa 510 N) und eine Dehnung von 19, 3% bei einer Messlänge von 16,51 mm.
Beispiel 26 :
Das Material nach Beispiel 1, Teil D, wurde in eine dünnwandige Kupferdose von 31, 75 mm Durchmesser gefüllt, intern nach der Methode gemäss Beispiel 24 oxydiert und in einer Extrusionskammer von 35, 05 mm Durchmesser mit einem Auspressverhältnis von 45 : 1 zu einem Stab von 5, 23 mm Durchmesser ausgepresst. Dieser Stab hatte eine elektrische Leitfähigkeit von 90% IACS. Der Stab wurde gehämmert und zu einem Draht von 0, 254 mm ausgezogen, 1/2 h lang in Helium bei 5000C geglüht und hatte dann eine Reissfestigkeit von 59, 50 kg/mm2, eine Streckfestigkeit von 50, 26 kg/mm2 (etwa 502 N) und eine Dehnung von etwa 4, 5% über 254 mm.
Beispiel 27 :
Nach dem oben beschriebenen Verfahren der in sich abgeschlossenan Metallpulvermischungen wurde dispersionsverfestigtes Stangenmaterial durch Oxydation von 100 Teilen einer Pulverlegierung aus 98, 86% Nickel und 1, 14% Aluminium mit 4, 76 Teilen eines pulverförmigen Oxydiermittels aus 4, 68 Teilen Nickeloxyd und 0, 08 Teilen Aluminiumoxyd hergestellt. In diesem Beispiel wurde für die innere Oxydation und das nachfolgende Auspressen ein Nickelmetallbehälter verwendet. Das resultierende dispersionsverfestigte Stangenmaterial hatte bei erhöhter Temperatur eine höhere Zugfestigkeit und Härte als ein Stangenmaterial aus einer entsprechenden Ni-Al-Legierung, die nicht intern oxydiert wurde.
Beispiel 28 :
Nach dem Verfahren des Beispiels 1 wird dispersionsverfestigtes Stangenmaterial durch Oxydation von
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migen Oxydiermittels aus 3, 800 Teilen Eisenoxyd und 0, 65 Teilen Aluminiumoxyd hergestellt, wobei für die innere Oxydation und das Auspressen ein Stahlbehälter für das Verfahren dar in sich abgeschlossenen Metallpulvermischungen verwendet wird. Das resultierende dispersionsverfestigte Stangenmaterial hatte bei erhöhter Temperatur oder nach dem Glühen eine höhere Zugfestigkeit und Härte als ein Stangenmaterial aus einer entsprechenden Fe-Al-Legierung, die nicht intern oxydiert worden war.
Diese Beispiele zeigen, dass eins Rekristallisation und Erhöhung der Korngrösse im Legierungspulver vor der inneren Oxydation die physikalischen Eigenschaften der dispersionsverfestigten Metallerzeugnisse erheblich verbessert. Die Beispiele sollen nicht den Umfang der Erfindung einschränken, wie sie in den folgenden Ansprüchen definiert ist.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung eines dispersionsverfestigten Metalls, durch innere Oxydation eines Legierungspulvers mittels eines Oxydiermittels, welches Legierungspulver aus einem verhältnismässig edlen Grundmetall mit einer negativen freien Oxydbildungsenergie von bis zu 70kcal (etwa 290kJ) pro Grammatom Sauerstoff bei 250C und einem Lösungsmetall, dessen negative freie Oxydbildungsenergie um mindestens 60 kcal (etwa 250 kJ) pro Grammatom Sauerstoff bei 250C höher ist als die freie Oxydbildungsenergie des edlen Grundmetalls, besteht, dadurch gekennzeichnet,
dass man die Korngrösse des Legierungspulvers vor der inneren Oxydation bei Rekrista1lisationstemperaturen in einer inerten Atmosphäre bis zum Erreichen einer Korngrösse von wenigstens 45 um erhöht und als Oxydiermittel ein pulverförmiges Oxydationsmittelgemisch von in der Wärme reduzierbarem Metalloxyd und hartem warmfestem Metalloxyd einsetzt.
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