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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erhöhung der Wiederherstellungstemperatur eines wärmerückstellbaren Gegenstandes aus einer metallischen Zusammensetzung, welche der reversiblen Umwandlung zwischen dem austenitischen und dem martensitischen Zustand fähig ist. Erfindungsgemäss ist dieses Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass der normale Punkt des Beginns der austenitischen Umwandlung As auf einen erhöhten Wert Ase gebracht wird, indem man den Gegenstand langsam von einer Temperatur, bei welcher sich die Zusammensetzung im martensitischen Zustand befindet, auf eine Temperatur oberhalb des genannten Punktes As erhitzt und das langsame Erhitzen sodann abbricht, wobei der Gegenstand vor oder nach dem langsamen Erhitzen wärmerückstellbar gemacht wird, indem man ihn verformt, während sich die metallische Zusammensetzung im martensitischen Zustand befindet.
Es sind metallische Zusammensetzungen, z. B. Legierungen, bekannt, die die Fähigkeit besitzen, einen reversiblen Übergang von dem austenitischen Zustand zu dem martensitischen Zustand zu erleiden, und einige von ihnen können zu Gegenständen geformt werden, die wärmerück-
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Patentschriften des Fulmer Research Institute werden nachfolgend als"Fulmer-Patente"bezeich- net.
Solche Legierungen sind auch in der NASA-Publication SP 110,"55-Nitinol-the alloy with a memory, usw." (US-Government Printing Office, Washington, D. C., [1972]). N. Nakanishi et al, Scripta Metallurgica 5,433 bis 440 (Pergamon Press [1971]) beschrieben.
Diese und andere Legierungen haben das Merkmal gemeinsam, einen Scherübergang oder eine Schertransformation beim Abkühlen von einem Hochtemperaturzustand (austenitischer Zustand) auf einen Niedertemperaturzustand (martensitischer Zustand) zu erleiden. Wenn ein Gegenstand, der aus einer solchen Legierung hergestellt ist, verformt wird, während er sich in seinem martensitischen Zustand befindet, so bleibt er in dieser Weise verformt. Wenn er erwärmt wird, um ihn zu einer Temperatur zurückkehren zu lassen, bei der er austenitisch ist, so versucht er, in seinen unverformten Zustand zurückzukehren. Der Übergang von einem Zustand in den andern findet in jeder Richung innerhalb eines Temperaturbereiches statt.
Die Temperatur, bei der sich der martensitische Zustand beim Abkühlen zu bilden beginnt, wird M bezeichnet, während die Temperatur, bei der dieser Vorgang beendet ist. Mf. bezeichnet wird, wobei jede dieser Temperaturen eine solche ist, die bei einer hohen Geschwindigkeit der Temperaturänderung, z. B. 100 C/min, der Probe erreicht wird. In ähnlicher Weise werden als Temperaturen des Beginns und des Endes der Transformation in den austenitischen Zustand mit As und Af bezeichnet. s f Im allgemeinen ist M f niedriger als As s Ms ist niedriger als A f.
In Abhängigkeit von der Legierungszusammensetzung und ebenso der thermomechanischen Vergangenheit der Legierung
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die andere kann zusätzlich zu der Umkehrung der oben beschriebenen Verformung durch Messen einer von mehreren physikalischen Eigenschaften des Materials verfolgt werden, z. B. des elektrischen Widerstands, der beim Stattfinden der Transformationen eine Anomalie zeigt. Wenn in graphischen Darstellungen der Widerstand über der Temperatur oder die Dehnung über der Tem-
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M, Mf, A, A M verbindet, eine Schleife, die Hystereseschleife genannt wird. Für viele Materialien liegen M 5 und As etwa bei der gleichen Temperatur.
Eine besonders brauchbare Legierung mit Wärmerückstellbarkeit oder Formgedächtnis ist die intermetallische Verbindung TiNi, die in der US-PS Nr. 3, 174, 851 beschrieben wird. Die Temperatur, bei der verformte Gegenstände aus diesen Legierungen zu ihrer ursprünglichen Gestalt zurückkehren, hängt von der Legierungszusammensetzung ab, wie es in GB-PS Nr. 1, 202, 404 und US-PS Nr. 3, 753, 700 beschrieben wird. Die Rückstellung zur ursprünglichen Form kann man z. B. unterhalb, bei oder oberhalb Raumtemperatur stattfinden lassen.
Bei bestimmten technischen Anwendungen wärmerückstellbarer Legierungen soll aus den folgenden Gründen As bei einer höheren Temperatur als M liegen. Viele aus den Legierungen hergestellte Gegenstände werden den Abnehmern in einem verformten Zustand geliefert und befinden
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sich folglich in dem martensitischen Zustand. Verbindungsstücke für hydraulische Komponenten, wie sie in der GB-PS Nu . 1, 327, 441 und Nu . 1, 327,442 beschrieben werden, auf die insoweit verwiesen wird, werden z. B. in einem verformten, d. h. aufgeweiteten Zustand, verkauft. Die Kunden setzten das aufgeweitete Verbindungsstück über die Komponenten, z.
B. über die Enden von hydraulischen Leitungen, die verbunden werden sollen, und erhöhen die Temperatur des Verbindungsstückes. Wenn seine Temperatur den austenitischen Transformationsbereich erreicht, kehrt das Verbindungsstück zu seiner ursprünglichen Gestalt zurück oder versucht, zu ihr zurückzukehren und schrumpft auf die zu verbindenden Komponenten. Da das Verbindungsstück während des Gebrauchs in seinem austenitischen Zustand verbleiben muss, um z.
B. ein Nachlassen der Kraft während der martensitischen Transformation zu vermeiden, und wegen der im austenitischen Zustand überlegenen mechanischen Eigenschaften, wird die M-Temperatur des Materials so gewählt, dass sie unterhalb jeder Temperatur liegt, die möglicherweise im Einsatz erreicht wird, so dass das Material während des Einsatzes jederzeit in seinem austenitischen Zustand verbleibt. Aus diesem Grund muss es nach der Verformung z. B. in flüssigem Stickstoff gehalten werden, bis es verwendet wird.
Wenn jedoch die As-Temperatur, die im vorliegenden Fall die Temperatur bedeutet, die das Beginnen eines kontinuierlichen sigmoidalen Übergangs des gesamten zu einer Transformation zu einem Austeniten fähigen Martensiten, wie er in einer graphischen Darstellung, in der die Spannung gegen die Temperatur aufgetragen wird, in den austenitischen
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Verbindungsstück bei einer höheren und einfacher zu handhabenden Temperatur gehalten wer- den.
Bei dem erfindungsgemässen Verfahren wird der Gegenstand mit einer Geschwindigkeit, die eine wesentliche Transformation der Zusammensetzung in den austenitischen Zustand ver- hindert, langsam von einer Temperatur, bei der er im martensitischen Zustand vorliegt, auf eine Temperatur innerhalb oder oberhalb seines normalen As-Af-Bereiches erwärmt. Diese Geschwin- digkeit hängt, wie es nachfolgend im einzelnen erläutert wird, von der Zusammensetzung ab, eine Geschwindigkeit von weniger als l C/min kann jedoch als anwendbar betrachtet werden.
Die Wärmerückstellbarkeit kann der Zusammensetzung dadurch erteilt werden, dass sie im marten- sitischen Zustand vor oder anschliessend an die Beendigung der langsamen Erwärmung aus ihrer ursprünglichen Gestalt verformt wird. Die Zusammensetzung kann auf eine Temperatur unterhalb der abgekühlt werden, auf die sie langsam erwärmt wurde, oder bei dieser Temperatur zur Lagerung gehalten werden.
In dieser Weise behandelte oder konditionierte Zusammensetzungen behalten einen merklichen Teil der Eigenschaften, die mit ihrem martensitischen Zustand verbunden sind, bis zu der Temperatur bei, bei der das langsame Erwärmen beendet wurde. Die Umkehr der Zusammensetzung zu ihrem austenitischen Zustand wird dadurch erreicht, dass die Zusammensetzung über die Temperatur rasch erwärmt wird, bei der das langsame Erwärmen beendet wurde. Wenn die Zusammensetzung vor dem schnellen Erwärmen verformt wird, tritt durch das schnelle Erwärmen eine Rückstellung oder Erholung zu der ursprünglichen Gestalt ein.
Die Erfindung schafft wärmerückstellbare Zusammensetzungen, die wenigstens für einen Erwärmungszyklus eine As-Temperatur, die höher ist als ihre M s-Temperatur, oder, wenn die Zusammensetzung bereits eine A-Temperatur besitzt, die höher ist als ihre Ms-Temperatur, eine erhöhte As-Temperatur besitzt, d. h. eine erweiterte Hystereseschleife. Als Folge davon werden die physikalischen Eigenschaften, die mit dem martensitischen Zustand verbunden sind, bei höheren Temperaturen beibehalten und, falls der Gegenstand verformt wurde, wird die Temperatur erhöht, bei der er sich zu seiner ursprünglichen Gestalt rückstellt oder versucht, sich rückzustellen.
Ein aus der Zusammensetzung hergestellter Gegenstand kann dadurch wärmerückstellbar gemacht werden, dass er im martensitischen Zustand zu einem beliebigen Zeitpunkt im Vergleich zu der langsamen Erwärmung, aus praktischen Gründen, vorzugsweise jedoch vor oder anschliessend an das langsame Erwärmen, aus der Gestalt, die er im austenitischen Zustand besass, verformt wird. Wenn der Gegenstand verwendet werden soll, wird er einfach wieder mit irgendeiner passenden
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hohen Geschwindigkeit, z. B. 5 C/min oder mehr, vorzugsweise 100 C/min oder mehr. erwärmt, und man wird feststellen, dass die -Temperatur durch die Temperatur festgelegt wird, auf die er langsam erwärmt wurde, und häufig nahe bei dieser Temperatur liegt.
Die Erfindung betrifft auch eine Legierung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie eine Zusammensetzung aufweist, die innerhalb der durch die Konturlinie 80 begrenzten Fläche in Fig. 3A der Zeichnungen liegt.
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Produkte als"vorbehandelt"bezeichnet.
Die Erfindung wird nachfolgend im Detail an Hand eines Beispiels und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Es zeigen : Fig. 1 in einer graphischen Darstellung die Dimensions- änderung, die ein wärmerückstellbarer Gegenstand zeigt ; Fig. 2 in einer graphischen Darstellung ein Beispiel der durch das erfindungsgemässe Verfahren erzielten Erhöhung des Temperaturbereichs, innerhalb dessen eine Transformation vom martensitischen Zustand zum austenitischen Zustand auftritt ; Fig. 3A und 3B die Auswirkung des langsamen Erwärmens auf verschiedene Legierungen, die Kupfer, Zink und Silizium enthalten ; Fig. 4 die Auswirkung des raschen Erwärmens auf die Rückstellung einer wärmerückstellbaren Legierung ; Fig. 5 die Auswirkung der Dehnung auf das Ansprechverhalten von Legierungen auf das erfindungsgemässe Verfahren ;
Fig. 6A, 6B und 6e die Auswirkungen des langsamen Erwärmens auf verschiedene Legierungen, die Kupfer, Aluminium und Zink enthalten, und Fig. 7A und 7B Beispiele der möglichen Auswirkungen des erfindungsgemässen Verfahrens auf die Dehnungs-Temperatur-Kurve.
Zur Erläuterung wird in Fig. 1 ein Teil betrachtet, der bis hinunter zu Temperaturen
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mit ss-Gefüge liegt die Temperatur, bei der bei Erwärmung die Rückstellung der ursprünglichen Gestalt eines Gegenstandes von dem verformten Zustand beginnen würde, wie es in Fig. 1 durch den schraffierten Bereich angezeigt ist, etwa bei -30oe, und ist die Rückkehr zur ursprünglichen Gestalt innerhalb der darauffolgenden 40 bis 500C beendet. Bei Raumtemperatur hat der Teil wieder seine ursprüngliche Gestalt angenommen, wie es in Fig. 1 gezeigt ist.
Zum Vergleich der charakteristischen Rückstellwerte erhält man eine brauchbarere graphische Darstellung dadurch, dass man den Betrag der Rückstellung aufzeichnet, der während jedes Erwärmungsintervalls auftritt, d. h., dass man die erste Ableitung der Kurve von Fig. 1 aufträgt, wie es in Fig. 2 geschehen ist. Durch die Erfindung kann der Rückstellungsbereich aus seiner normalen Lage bei a zu der neuen Lage b, wie es in Fig. 2 gezeigt ist, verschoben werden.
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Silizium. Die Legierung kann durch herkömmliche Mittel geschmolzen und zu der gewünschten endgültigen Form bearbeitet werden.
Der Formteil wird dann bis in das Gebiet des vollständigen ss-Gefüges erhitzt, d. h. auf 700 C oder mehr, jedoch unterhalb 950 C. Nach mehreren Minuten bei dieser Temperatur wird dar Teil in Wasser abgeschreckt und dann z. B. durch festes Kohlenstoffdioxyd und Äthylalkohol abgekühlt, um es in das Niedertemperaturgefüge umzuwandeln. Der Teil wird bei der niederen Temperatur in seine neue Gestalt verformt, gute Ergebnisse
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B.+40 C, erreicht ist. Der Teil wird dann wieder zurück auf Raumtemperatur abgekühlt. Wenn der Teil in seine ursprüngliche Gestalt zurückgebracht werden soll, wird er rasch, z. B. mit 1000C/min erwärmt.
Die Rückstellung beginnt in der Nähe von +40 C und ist bei etwa 100 C beendet. Bei einem Abkühlen tritt eine Transformation in die Niedertemperaturphase nicht oberhalb - 300e auf. Wenn der Teil wieder auf -79"e abgekühlt wird und von neuem verformt und dann rasch erwärmt wird, beginnt die Rückstellung bei -300e.
Es besteht vermutlich ein Maximum der Erhöhung der A-Temperatur, das durch das erfindungsgemässe Verfahren erreicht werden kann. Beim Erhöhen der Temperatur von ss-Messing besteht z. B. eine Neigung des Materials, sich in ein Gleichgewichtsgemisch von a-und 6-Materialien zu ändern. Dies würde jede weitere brauchbare Anhebung der As-Temperatur verhindern. Durch das
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erfindungsgemässe Verfahren kann jedoch die As -Temperatur einiger Legierungen um bis zu 100. C erhöht werden, und dies dürfte vermutlich noch nicht das erreichbare Maximum sein.
Die Anwendbarkeit der Erfindung hängt bis zu einem gewissen Ausmass von der Zusammensetzung der Legierung ab. Bis zu einem gewissen Ausmass wurde ein Ansprechen auf die Steuerung des Bereiches der Rückstelltemperatur bei den in den Fulmer-Patenten beschriebenen Legierungen gefunden, ein weiter eingeschränkter Bereich sprach jedoch deutlich besser an. Der Zusammensetzungsbereich, der gut anspricht, umfasst bei Cu-Zn-Si-Systemen Legierungen, bei denen die normale M s -Temperatur etwa bei-80 C Jiegt. Die meisten der vorgeschlagenen Anwendungen erfordern den Beginn der Transformation bei Abkühlung unter Raumtemperatur, diese Einschränkung gilt jedoch nicht für alle Anwendungen.
Bestimmte Legierungszusammensetzungen, bei denen die bei Abkühlung auftretende Transformation bei oder oberhalb Raumtemperatur beginnt, haben sich als gut ansprechend auf das erfindungsgemässe Verfahren erwiesen. Legierungen mit gutem Ansprechen und mit dem Beginn der bei auftretenden Transformation in der Nähe von +100 C wurden in den Cu-Zn-Al- und Cu-Zn-Si-Systemen gefunden.
Der Betrag der Rückstellung, der bei dem angehobenen Rückstellungsbereich auftritt, wird oft maximiert, wenn die Legierung für längere Zeit vor dem Beginn der raschen Erwärmung oder der Abkühlung auf eine niedrigere Lagerungstemperatur nicht bei der Temperatur gehalten wird, bei der die langsame Erwärmung gestoppt wurde.
Bei bestimmten Legierungen, bei denen das Abschrecken benötigt wird, um bei Raumtemperatur ein Gefüge zu gewährleisten, das eine reversible martensitisch-austenitische Transformation erleiden kann, wird es bevorzugt, dass die Legierung zu Anfang von einer hohen Temperatur (z. B. etwa 800 C) auf eine Temperatur vorzugsweise über der Ms-Temperatur mit einer solchen Geschwindigkeit abgeschreckt wird, dass es im wesentlichen noch austenitisch ist. Einige dieser Legierungen haben die Neigung zum Verlust der austenitisch-martensitischen Reversibilität.
Das selbstverständlich erwünschte Aufhalten eines Verlustes kann dadurch erreicht werden. dass die Legierung bei der Abschrecktemperatur oder einer mässig erhöhten Temperatur gehalten wird. Bei Legierungen, deren M-Temperatur zwischen etwa 00 und etwa ZO C beträgt, reicht es z. B. normalerweise aus, wenn sie bei einer Temperatur von etwa 50 bis 150 C etwa 10 min bis 24 h oder sogar einigen Tagen gehalten werden, wobei die niedrigeren Temperaturen den längeren Zeiten entsprechen und umgekehrt.
Letzteres Verfahren wird als"Altern"bezeich- net und ist Gegenstand der gleichzeitig eingereichten Anmeldung mit der Bezeichnung "Verfahren zum Erweitern der Hystereseschleife einer metallischen Zusammensetzung mit einem reversiblen Übergang zwischen austenitischem und martensitischem Zustand", eigenes Zeichen : 550555, auf deren Inhalt insoweit verwiesen wird.
Der Ausdruck "Altern" ist in der hier verwendeten Bedeutung dadurch definiert, dass ein Material bei einer Temperatur oberhalb seiner Ms-Temperatur gehalten wird, und ein"gealtertes" Material ist bei, einer Temperatur oberhalb seiner Ms-Temperatur gehalten worden. Es besteht eine obere Grenze für den Temperaturbereich, bei dem ein bestimmtes Material gealtert werden kann. ss-Messing neigt z. B. dazu, sich bei höheren Temperaturen in ein Gleichgewichtsgemisch aus a-und ss-Gefügen zu verändern. Dem Fachmann ist dabei bekannt, dass bei andern Materialien schädliche Veränderungen stattfinden können, nachdem diese für längere Zeit sehr hohen Temperaturen ausgesetzt worden sind, was dabei vermieden werden sollte.
Für Legierungen mit einer Grund-M s-Temperatur bei Raumtemperatur hat sich 500C als
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den martensitischen Zustand stattfindet), so wird sie dann gealtert, d. h. vorzugsweise auf eine Temperatur erhitzt, bei der die Legierung in den austenitischen Zustand umgewandelt wird, und wird für eine geeignete Zeit bei dieser Temperatur gehalten. Vorzugsweise wird das Altern sobald wie möglich nach dem Abschrecken durchgeführt.
Es hat sich gezeigt, dass diese Behandlung von Legierungen oberhalb irgendeiner Temperatur, bei der sie im martensitischen Zustand vorliegen, dazu verwendet werden kann, den Verlust der reversiblen austenitisch-martensitischen Transformation beim Lagern des Materials zu verhindern oder zu hemmen. Je höher die Temperatur der Alterungsbehandlung ist, desto kürzer braucht die Behandlungszeit zu sein.
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Es wird angenommen, dass für eine bestimmte Legierung ein Bereich von Erwärmungsgeschwindigkeiten bis zu einem Maximum existiert, die sich als"langsam"qualifizieren, und ein Bereich von Geschwindigkeiten oberhalb eines Minimums existiert, die sich als"schnell"qualifizieren.
Zwischen diesem Maximum und Minimum liegt ein kritischer Bereich, in dem sich die A-Temperatur zwischen ihrem normalen Wert und einer sehr hohen Temperatur ändert.
Es ist nicht möglich, numerische Bereiche für "schnell" und "langsam" festzulegen, die für alle Legierungen passen, da eine Abhängigkeit von einer Anzahl von Faktoren besteht.
Ein Faktor ist die Temperaturabhängigkeit physikalisch-chemischer Prozesse ; sie laufen z. B. bei-40 C sehr viel langsamer ab als bei +400C. Für eine Legierung mit einer Ms-Temperatur bei-40 C gilt im allgemeinen, dass sowohl die langsamen als auch die schnellen Erwärmungsgeschwindigkeiten geringer sind als bei einem ansonsten ähnlichen Material mit einer Ms-Temperatur bei 40 C. Da ein ansonsten ähnliches Material ausserdem geringfügig abweichende Anteile der die Komponenten bildenden Elemente besitzt, beeinflussen diese Elemente und Anteile in
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Die erforderlichen Erwärmungsgeschwindigkeiten hängen ausserdem von dem Legierungsinhalt und dem Grad des Alterns ab. Bei einer Kupfer-Zink-Silizium-Legierung mit z.
B. einem Silizium- anteil von 1% oder einer Legierung, die einer kürzeren Alterungszeit unterworfen worden ist, sind die kritischen Werte für langsame und schnelle Erwärmungsgeschwindigkeiten höher als bei einem Material mit einem geringeren Siliziumanteil oder einer längeren Alterungszeit. Die
Bestimmung bevorzugter und kritischer Geschwindigkeiten ist für eine gegebene Legierung eine
Sache von Routineuntersuchungen. Es genügt jedoch zu sagen, dass für eine gegebene Legierung eine obere Grenze für langsames Erwärmen und eine untere Grenze für schnelles Erwärmen existiert und dass diese Grenzen ohne Schwierigkeiten für die gegebene Legierung durch einfache Routine- untersuchungen festgestellt werden können.
Die Legierung ist vorzugsweise eine intermetallische Verbindung. Als geeignete Legierungen können unter anderem Kupfer-Zink- und Kupfer-Aluminium-Legierungen genannt werden, die vorzugsweise relativ kleine Anteile von Aluminium, (in Cu-Zn-Legierungen), Silizium, Zinn oder Mangan oder Gemische davon enthalten. Es wird angenommen, dass diese Legierungen bis zu
20 oder mehr Gew.-% (bezogen auf das Gewicht von Kupfer und Zink bzw. Kupfer und Aluminium) der dritten Komponente oder von zusätzlichen Komponenten insgesamt enthalten dürfen. Um brauchbare Rückstellungswerte zu erreichen, soll die Legierung im martensitischen Zustand eine Bruchdehnung von wenigstens 5% besitzen. Die Anteile von andern Metallen als Kupfer und Zink beeinflussen die Übergangstemperatur und andere Eigenschaften der Legierungen.
Für die Erfindung geeignete Legierungen sind unter anderem Legierungen mit 69, 7% Cu. 26, 3% Zn, 4% Al ; 62, 2% Cu. 37, 3% Zn. 0, 5% Al und 80, 5% Cu, 10. 5% Al, 9% Mn. Es werden hier im einzelnen Legierungsbeispiele mit etwa 65% Kupfer und 35% Zink mit wahlweiser Zugabe von bis zu 2 oder 3% Silizium oder bis zu 3 oder 4, 5% Aluminium wobei die Prozentangaben Gewichtsprozente sind, beschrieben. Die erfindungsgemässen Verfahren sind jedoch auf Legierungen anwendbar, die z. B.
Ms-Temperaturen unter oder über der Umgebungstemperatur besitzen, und auf andere als auf Kupfer basierende Legierungen, z. B. solche, die auf Gold oder Silber basieren, und die Erfindung ist nicht auf die im Detail erläuterten Legierungen beschränkt. Weitere Legierungen sind z.
B. die in den oben genannten Fulmer-Patenten beschriebenen.
Bei dem erfindungsgemässen thermischen Vorbehandeln kann das Material entweder vor dem langsamen Erwärmen oder nach dem langsamen Erwärmen oder nach dem langsamen Erwärmen und anschliessend an das Abkühlen verformt werden, wobei die Verformung in jedem Fall in dem im wesentlichen martensitischen Zustand vorteilhafterweise unterhalb der Mf -Temperatur und vorzugsweise unmittelbar unterhalb der Mf-Temperatur stattfindet.
Folgende Variable sollen bei der Ausführung der Erfindung beachtet werden :
Kupfer-Zink-und Kupfer-Aluminium-Legierungen müssen im wesentlichen in der ss-Phase vorliegen, um eine reversible austenitisch-martensitische Transformation erleiden zu können.
Eine Legierung mit mehr als etwa 70% ss-Phase zeigt normalerweise im wesentlichen die gleichen Eigenschaften wie ein Material in reiner ss-Phase. In Fällen, in denen es notwendig ist, die Legierung zum Erreichen einer ss-Phase auf eine sehr hohe Temperatur zu erhitzen, soll daher
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eine Temperatur gewählt werden, bei der wenigstens ein wesentlicher Anteil der Legierung in der ss-Phase vorliegt. Der Temperaturbereich, in dem eine Legierung im wesentlichen in der
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Die Legierung soll auf eine Temperatur abgeschreckt werden, bei der die ss-Phase als ein metastabiler Zustand vorliegt, d. h. ohne eine merkliche Neigung, in die a-Phase zurückzukehren. Die Abkühlungsgeschwindigkeit auf die Abschrecktemperatur soll ausserdem hoch genug sein, so dass keine merkliche a-Phase-Ausfällung beim Abschrecken auftritt. Ein Abschrecken unterhalb die Ms-Temperatur kann die Wärmerückstellbarkeit nachteilig beeinflussen, während in manchen Fällen ein Abschrecken auf eine Temperatur zuweit oberhalb der M s -Temperatur eine nicht ausreichend rasche Abschreckung ergeben kann, um eine a-Phase-Ausfällung in den oben genannten Kupfer-Legierungen zu verhindern.
Die bevorzugte Abschrecktemperatur ist eine, die das wärmerückstellbare Verhalten nicht nachteilig beeinflusst. In der Praxis sind das etwa 20 C, insbesondere für Legierungen mit einer Ms -Temperatur unterhalb 0OC.
Die Erwärmungsgeschwindigkeit aus dem martensitischen Niedertemperaturzustand ist von Bedeutung. Qualitativ betrachtet ist eine Erwärmungsgeschwindigkeit langsam, wenn sie bei und oberhalb der normalen As-Temperatur eine Rückkehr des martensitischen Zustandes in den austenitischen Zustand im wesentlichen verhindert. Für Kupfer-Zink-Legierungen mit Aluminium und/oder Silizium dürften z. B. Geschwindigkeiten von 0, 01 bis 1, 0oC/min geeignet sein. Eine schnelle Erwärmungsgeschwindigkeit ist eine solche, die eine normale As-Temperatur ermöglicht, wenn man unmittelbar aus dem martensitischen Zustand erwärmt, oder eine solche, die bei einer ausgewählten höheren As-Temperatur, wenn sie nach der langsamen Erwärmung angewendet wird, eine Umkehr des martensitischen Zustandes in den austenitischen ermöglicht.
Während das Verfahren zur Steuerung des Temperaturbereiches der Rückstellung ungedehnter
Proben verwendet werden kann, besteht bei der Bestimmung der optimalen Bedingungen zur
Steuerung des Rückstellungsbereiches eine Wechselwirkung zwischen der Anwendung von Dehnung und der Zusammensetzung. Bei Erhöhung der Dehnung geben z. B. niedrigere Konzentrationen von Silizium ein optimales Ansprechen bei den Cu-Zn-Si-Systemen.
Es muss ferner die Spannung berücksichtigt werden, da sich der Abkühlungs-Transformations- bereich bei höherer Spannung zu höheren Temperaturen hin bewegt. In ähnlicher Weise ist die für eine vollständige Rückstellung bei Erwärmung benötigte Temperatur höher, wenn sich der
Teil unter Spannung rückstellt oder als Folge der Rückstellung Spannung auftritt.
Gemäss den Fig. 7A und 7B kann sich die Wirkung der erfindungsgemässen Behandlung des langsamen Erwärmens ändern. Gemäss Fig. 7A kann eine neue As-Temperatur, die mit Ase bezeichnet ist, erzeugt werden, bei der bei Anwendung von Wärme zum Zweck der Rückstellung im wesentlichen die gesamte Rückstellung aufzutreten beginnt. Gemäss Fig. 7B kann die Wirkung der erfindungsgemässen Behandlung der langsamen Erwärmung die Erzeugung einer neuen Ase-Temperatur sein, während einige Erscheinungen oder Auswirkungen der normalen As-Temperatur beibehalten werden.
Ohne an eine bestimmte Theorie der Wirkungsweise der Erfindung gebunden zu sein, wird doch angenommen, dass die Beibehaltung eines gewissen Auftretens des normalen As von dem inhärenten Überwiegen der Geschwindigkeit der Wärmerückstellung beim langsamen Erwärmen über die Ausdehnung der Hystereseschleife herrühren dürfte oder alternativ absichtlich dadurch erzeugt werden kann, dass der Anfangsteil der erfindungsgemässen Behandlung der langsamen Erwärmung mit einer Geschwindigkeit durchgeführt wird, die hoch genug ist, um bei normaler
As-Temperatur in gewissem Ausmass eine Wärmerückstellung zu verursachen.
Aus dem Vorausgehenden ergibt sich, dass die A se -Temperatur durch die Temperatur bestimmt wird, bei der die langsame Erwärmung beendet wird. Die langsame Erwärmung kann entweder durch Abkühlen oder durch Auslösen der schnellen Erwärmung, die, wenn sie für eine ausreichend lange Zeit durchgeführt wird, zu einer vollständigen Transformation des gesamten transformierbaren martensitischen Gefüges führen kann, das zum Zeitpunkt des Beginnes der raschen Erwärmung vorhanden ist, beendet werden. Es liegt daher im Rahmen der Erfindung, eine neue A se -Tempera- tur zu erzeugen, bei der eine verwertbare Rückstellung eines aus einer so behandelten metallischen Zusammensetzung hergestellten Gegenstandes ausgelöst werden kann.
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Die äussere Gestalt eines entsprechend der Erfindung hergestellten Gegenstandes sowohl im rückstellbaren als auch im rückgestellten Zustand hängt von dem endgültigen Verwendungszweck ab, für den der Gegenstand bestimmt ist. Es können z. B. solche zylindrische Gegenstände hergestellt werden, die sich radial zusammenziehen oder ausdehnen, die äussere Form kann sich von einer gewundenen zu einer nicht gewundenen Form oder umgekehrt ändern, der Gegenstand kann eine Längenänderung erleiden, oder der Übergang von einer 1- zu einer L-Form stattfinden.
Die Erfindung schafft unter anderem ein Verfahren zum Steuern der Rückstelltemperatur wärmerückstellbarer metallischer Gegenstände, durch das der Gegenstand mit einem zuvor eingestellten Rückstellbereich versehen werden kann, der innerhalb weitgehender Grenzen in einfacher Weise dadurch verändert werden kann, dass die langsame Erwärmung bei einem ausgewählten Punkt beendet wird.
Die erfindungsgemässen Produkte sind innerhalb eines breiteren Temperaturbereiches martensitisch als Produkte der gleiche Zusammensetzung, die jedoch nicht der erfindungsgemässen Behandlung unterworfen worden sind. Da martensitische Zusammensetzungen ausgezeichnete Dämpfungeigenschaften besitzen, ohne Ermüdung eine Verformung erleiden können, sich leicht verformen lassen und einen niederen Elastizitätsmodul besitzen, schafft die Erfindung ferner einen weiteren Bereich metallischer Zusammensetzungen mit diesen Eigenschaften als er bisher zur Verfü- gung stand.
Die folgenden Beispiele dienen zur Erläuterung der Erfindung :
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dungsgemässe Verfahren der thermischen Vorbehandlung festzustellen. Es wurden Legierungsproben aus Schmelzen mit unterschiedlichen Anteilen an Kupfer, Zink und entweder Silizium oder Aluminium gegossen. Die Gusskörper wurden zu Streifen warmgewalzt und in Stücke von etwa 37 x 3 x 0, 75 mm geschnitten. Alle Stücke wurden so lange erwärmt, bis sie in die Hoch- temperatur-oder vollständige ss-Phase übergingen, und dann in Wasser abgeschreckt. Die eine
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hervorzurufen. Nach dem Verformen wurden die Proben losgelassen und gemessen, um die beibehaltene Dehnung zu bestimmen.
Proben der gealterten und nicht gealterten Gruppen wurden dann nach einem der drei folgenden Verfahren behandelt : l) Rasche Erwärmung durch Eintauchen in eine Flüssigkeit von 40 C, Abkühlen auf Raumtemperatur und Messung zur Bestimmung der rückgestellten Dehnung, dann rasche Erwärmung durch Eintauchen in eine Flüssigkeit von 200 C und dann wieder Zurückkehren zu Raumtemperatur, um festzustellen, wieviel zusätzliche Rückstellung der Dehnung auftrat ;
2) langsames Erwärmen mit einer Geschwindigkeit von 0, 25 C/min von-79 auf +40 C, Abkühlen auf Raumtemperratur, Messung zur Feststellung der rückgestellten Dehnung, dann rasche Erwärmung durch Eintauchen in Flüssigkeit von 200 C, Abkühlen auf Raumtemperatur und Messung zur Feststellung der aufgetretenen plötzlichen Rückstellung oder 3) Behandlung wie unter 2) mit der Ausnahme, dass die Geschwindigkeit der langsamen Erwärmung 1 C pro 24 min anstatt 0, 25 C pro Minute betrug.
Eine "Bewertungszahl" für das Ansprechen jeder Zusammensetzung, die hinsichtlich der Steuerung des Bereiches der Rückstelltemperatur untersucht wurde, wurde dadurch erhalten, dass der Prozentsatz der bei langsam erwärmten Proben oberhalb 40 C aufgetretenen Rückstellung abzüglich des Prozentsatzes der bei rasch erwärmten Proben oberhalb 40 C aufgetretenen Rückstellung, dividiert durch 5 (d. i. die ideale prozentuale Rückstellung nach elastischer Rück-
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kann bessere Resultate bringen. Die Wahl von +40 C bewirkt, dass sich die iso-Bewertungszahlzone zur Seite der hohen Transformationstemperatur (unten rechts) hin schliesst.
Legierungen im unteren rechten Bereich sprechen auf das erfindungsgemässe Verfahren an, wie die unten angegebenen Cu-Zn-AI-Werte zeigen (Fig. 6).
Die Empfindlichkeit des Optimumbereichs auf die Geschwindigkeit der langsamen Erwärmung
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abweichender Erwärmungsgeschwindigkeiten langsam erwärmt wurden, erforscht. In Fig. 4 ist die Rückstellung, die während des Erwärmens durch den Temperaturintervall von-79 bis +40 C auftrat, über der Erwärmungsgeschwindigkeit aufgetragen. Langsame Erwärmungsgeschwindigkeiten bis zu l C/min sind brauchbar. Höhere Geschwindigkeiten als 2 C/min führen zu beträchtlicher Rückstellung während der langsamen Erwärmung, was anzeigt, dass etwa 2 C/min für dieses System die Grenze des langsamen Erwärmens ist.
Die Empfindlichkeit des Optimum-Bereichs auf das Ausmass der Dehnung der obigen Untersuchungen wurde unter Verwendung von Zusammensetzungen mit 66. 45 Gew.-% Cu, 31, 55 Gew.-% Zn, 2, 0 Gew.-% Si und 64, 2 Gew.-% Cu, 34, 8 Gew.-% Zn, 1. 0 Gew.-% Si erforscht. Die eine Gruppe der Proben wurde nach dem obigen Verfahren behandelt mit der Ausnahme, dass bei-79 C 12% Dehnung eingeführt wurden. Die andere Gruppe wurde so wie oben behandelt, jedoch ohne Dehnung vor dem Verfahrensschritt der langsamen Erwärmung. Nach dem langsamen Erwärmen wurden die ungedehnten Proben bei Raumtemperatur um 12% gedehnt, und dann wurden alle Proben rasch auf +200 C erwärmt.
Für jede Probe wurde nach dem obigen Verfahren eine Wertungszahl bestimmt, wobei jedoch in Abweichung von dem obigen Verfahren 10% (angenommene ideale Rückstellung bei 12% Dehnung) anstatt 5% als Nenner gewählt wurden. Die Ergebnisse sind in Fig. 5 dargestellt. Während eine Dehnung von 12% bei einer Zusammensetzung von 66, 45 Gew.-% Cu, 31, 55 Gew.-% Zn, 2, 0 Gew.-% Si jenseits des Optimums zu liegen scheinen, ergibt sie bei 64, 2 Gew.-% Cu, 34, 8 Gew.-% Zn, 1, 0 Gew.-% Si ein besseres Ansprechen als 0 oder 6% Dehnung.
Die topographische Darstellung der Bewertungszahlergebnisse für das Cu-Zn-Al-System ist in Fig. 6 gezeigt. Die Zonen konstanter Bewertungszahl liegen wieder parallel zu den isoTransformationskonturen. Die nicht gealterten Proben in Fig. 6A zeigen ein ausgeprägtes Optimum als die gealterten in Fig. 6B.
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Fünf Legierungszusammensetzungen mit einer normalen As -Temperatur bei oder oberhalb 40DC wurden zur Untersuchung der Mobilität des Rückstellbereiches bei höheren Temperaturen verwendet. Es wurde wieder das gleiche Untersuchungsverfahren angewandt, wobei jedoch das langsame Erwärmen bis +IOOOC fortgeführt wurde, anstatt es bei +40 C zu stoppen. Fig. 6C zeigt die Resultate für gealterte Proben ; das neue Optimum liegt parallel zu dem von Fig. 6B, ist jedoch zu den Zusammensetzungen mit höheren Transformationstemperaturen hin erwartungsgemäss verschoben. Obwohl der Rückstellungsbereich bei einem Cu-Zn-Al-System beweglich ist, scheint die Mobilität begrenzter zu sein als bei einem Cu-Zn-Si-System.
Da die nicht gealterten Cu-Zn-AI-Proben ihre Eigenschaft des Formgedächtnisses als Folge des langsamen Erwärmens auf 100 C verloren, die gealterten Proben jedoch nicht, ist es offensichtlich, dass die Alterungsbehandlung die Reversibilität der Transformation in dem höheren Temperaturbereich erfolgreich bewahrt.
Die für die Fig. 3B und 6B gewählten Alterungszeitspannen und-bedingungen führen zu bestimmten Zusammensetzungen mit Optimumseigenschaften, und andere Alterungszeitspannen und - bedingungen führen zu abweichenden Zusammensetzungen mit den gleichen oder im grossen und ganzen ähnlichen Optimumseigenschaften. Die gealterten Legierungen innerhalb der in Fig. 3B durch die Linien-40. 60 und 80-- und in Fig. 6B durch die Linie --20-- begrenzten Flächen sind neu und speziell für das erfindungsgemässe Verfahren geeignet. Die Erfindung schafft demnach gealterte Legierungen, die vorzugsweise wie oben beschrieben gealtert wurden, als neue Legierungen.
Die nicht gealterten, durch die mit --60 und 80-- in Fig. 3A und mit --20, 40 und 60-- in Fig. 6A bezeichneten Linien eingegrenzten Legierungen sind ebenfalls neu, und die Erfindung schafft solche Legierungen als neue Zusammensetzungen.
Der Zweck dieses Beispiels liegt darin, zu zeigen, wie bei einem gegebenen Satz von gewünschten Eigenschaften eine optimale Zusammensetzung ausgewählt werden kann. Die folgenden Beispiele zeigen, wie charakteristische Eigenschaften verändert werden können, um im Falle einer Legierung fester Zusammensetzung die Bewegung des Rückstellungsbereiches zu optimieren.
Der Optimumsbereich von Beispiel 1 kann z. B. für spezielle Anwendungen eine zu geringe Dehnbarkeit oder einen zu geringen elektrischen Widerstand ergeben.
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Eine Probe wurde wie in Beispiel 1 wärmebehandelt und abgeschreckt und für etwa 5 min bei Umgebungstemperatur gealtert. Sie wurde dann unterhalb die Mf -Temperatur in den martensi-
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Proben wurden dann für verschiedene Zeitdauern gelagert und zur Verursachung der Rückstellung mit 20 bis 200 C/min (d. h. rasch) erwärmt.
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<tb>
<tb>
Rückstellung <SEP> Lagerungs- <SEP> As <SEP> Rückstellung <SEP> Gesamtb. <SEP> langsamer <SEP> zeit <SEP> bei <SEP> bei <SEP> schnel- <SEP> RückBeisp. <SEP> Dehnung <SEP> Erwärmung <SEP> auf <SEP> 20 C <SEP> ler <SEP> Erwärmung <SEP> stellung
<tb> 75 C <SEP> oc <SEP> auf <SEP> 750C <SEP> bei
<tb> schneller
<tb> Erwärmung
<tb> (%)
<tb> 3 <SEP> 7,40 <SEP> 0,95 <SEP> 5 <SEP> min <SEP> 85 <SEP> 0 <SEP> 5, <SEP> 30 <SEP>
<tb> 4 <SEP> 6, <SEP> 80 <SEP> 1, <SEP> 20 <SEP> 90 <SEP> min <SEP> 86 <SEP> 0 <SEP> 4, <SEP> 40 <SEP>
<tb> 5 <SEP> 7, <SEP> 65 <SEP> 1, <SEP> 60 <SEP> 16 <SEP> h <SEP> 85 <SEP> 0 <SEP> 4, <SEP> 30 <SEP>
<tb> 6 <SEP> 7, <SEP> 30 <SEP> 1, <SEP> 60 <SEP> 168 <SEP> h <SEP> 86 <SEP> 0 <SEP> 3, <SEP> 60 <SEP>
<tb>
Aus den Beispielen 2 bis 6 sieht man, dass die Legierungen entweder vor oder nach dem langsamen Erwärmen verformt werden können.
Beispiel 7 : Es wurden drei Proben einer Legierung mit einer Ms-Temperatur von -40 C (63, 7% Kupfer, 35, 3% Zink, 1% Silizium) von 8500C in Wasser von 200C abgeschreckt und in Alkohol von-70 C übergeführt. Alle Proben waren auf dieser Stufe martensitisch. Zwei Proben wurde dann eine Verformung von 5% gegeben. Eine verformte und die unverformte Probe wurden dann mit 100C pro Stunde (langsame Erwärmung) erwärmt, während die andere verformte Probe mit 100e pro Minute (schnelle Erwärmung) erwärmt wurde. Bei der nicht verformten, langsam
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es rasch erwärmt ; 3, 7% der Verformung stellten sich unmittelbar zurück ; die gesamten 5% waren bei 80 C rückgestellt.
Bei der verformten Probe, die von-70 C rasch erwärmt wurde, begann die Rückstellung bei etwa -46 C und war die gesamte Verformung bei-10 C rückgestellt. Verformung und Erwärmungsgeschwindigkeit beeinflussen demnach beide die As-Temperatur.
Beispiel 8 : Es wurde eine Kupfer-Zink-Legierung mit 1% Silizium und einer -Grundtempera- tur von 0 C, einer As-Stemperatur von -10 C und einer Af-Temperatur von +12 C verwendet.
Eine Probe wurde von 850 C in Wasser von 200e abgeschreckt, dann in Alkohol von - 40 C übergeführt und um 4% verformt. Die Probe wurde dann langsam auf +40 C erwärmt, wobei
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und rasch erwärmt. Die Rückstellung war bei 20 C beendet, so dass das Verhalten konsistent mit der ursprünglichen Af-Temperatur von 12DC war.
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Mn bei 800 oder 900 C für 3 bzw. 6 min betatisiert und dann in Wasser von Raumtemperatur abgeschreckt. Die eine Hälfte der Proben wurde bei 100 C für 10 min gealtert, die andere Hälfte wurde nicht gealtert. Alle Proben wurden durch Biegen bei-79 C mit einer äusseren Faserdehnung von 6% verformt, worauf die Spannung gelöst wurde. Die eine Hälfte der Proben wurde mit
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25'0/min100 C/min.
Eine Analyse der Dehnung, die während des raschen Erwärmens auf 2000C rückgestellt wurde, in bezug auf die gesteuerten Variablen zeigte, dass die thermische Vorbehandlung den Anteil der Rückstellung der oberhalb 100 C stattfindet, deutlich erhöht. Für diese spezielle Legierung zeigte eine statistische Analyse, dass das Altern keine Auswirkung hat.
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Durchschnittliche Auswirkung :
Prozentsatz der oberhalb 1000C rückgestellten Dehnung ; schnell erwärmt : 0, 39% vorbehandelt : 1, 89%.
Die Untersuchung wurde mit einer Legierung von 80,49 Gew.-% Kupfer, 10, 5 Gew.-% Aluminium und 9, 01 Gew.-% Mangan wiederholt. Eine Analyse der Dehnung, die während des raschen Erwärmens auf 2000C rückgestellt wurde, mit Bezug auf die gesteuerten Variablen zeigte eine Signifikanz des Alterns gegenüber dem Nichtaltern und des Nichtvorbehandelns gegenüber dem Vorbehandeln.
Durchschnittlicher Effekt :
Prozentsatz der oberhalb 100 C rückgestellten Dehnung ; nicht gealtert 1, 00 ; rasch erwärmt 0, 15 ; gealtert 0, 36 ; vorbehandelt 1, 21.
Beispiel 10 : Es wurden Proben einer Legierung mit 79, 2 Gew.-% Kupfer, 10, 0 Gew.-% Aluminium und 10, 8 Gew.-% Mangan bei 5500C für 5 min betatisiert und dann in Wasser von 20 C abgeschreckt. Die Legierung hatte auf Grund dieser Behandlung eine Ms-Temperatur von -20 C.
Die Proben wurden entweder für 5 min oder 1 h bei 50 C gealtert und dann auf-30 C abgekühlt
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Die Hälfte der Proben wurde sofort mit einer sehr hohen Geschwindigkeit durch Eintauchen in Flüssigkeiten von 20,40, 100 und 2000C erhitzt, Der Betrag der Erhöhung der rückgestellten Dehnung wurde als ein Ergebnis jedes Eintauchens aufgezeichnet.
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sind in der nachfolgenden Tabelle angegeben.
Tabelle I
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<tb>
<tb> Er- <SEP> Deh- <SEP> Alterungs- <SEP> Alte- <SEP> Erwärmungs- <SEP> Rückstellung <SEP> Rückstellung
<tb> geb- <SEP> nung <SEP> temperatur <SEP> rungs- <SEP> geschwindig- <SEP> b.
<SEP> 400C <SEP> über <SEP> 400C
<tb> nis <SEP> (%) <SEP> (OC) <SEP> zeit <SEP> keit <SEP> (% <SEP> Dehnung) <SEP> (% <SEP> Dehnung)
<tb> 1 <SEP> 3, <SEP> 8 <SEP> nicht <SEP> geal-nur <SEP> rasch <SEP> 1, <SEP> 4 <SEP> 2, <SEP> 1 <SEP>
<tb> tert
<tb> 2 <SEP> 3, <SEP> 3 <SEP> nicht <SEP> geal-6 C/min
<tb> tert <SEP> bei <SEP> 40 C, <SEP> 0, <SEP> 3 <SEP> 1, <SEP> 2 <SEP>
<tb> wieder <SEP> abkühlen <SEP> und
<tb> rasches <SEP> Erwärmen
<tb> 3 <SEP> 3, <SEP> 2 <SEP> 500C <SEP> 5 <SEP> min <SEP> nur <SEP> rasch <SEP> 3, <SEP> 1 <SEP> 0
<tb> 4 <SEP> 3.
<SEP> 7 <SEP> 50 C <SEP> 5 <SEP> min <SEP> 6 C/min <SEP> 0, <SEP> 3
<tb> bei <SEP> 40OC, <SEP> 0, <SEP> 3 <SEP> 2, <SEP> 8 <SEP>
<tb> wieder <SEP> abkühlen <SEP> und
<tb> rasches <SEP> Erwärmen
<tb> 5 <SEP> 3, <SEP> 6 <SEP> 500C <SEP> 1 <SEP> h <SEP> nur <SEP> rasch <SEP> 3, <SEP> 35 <SEP> 0
<tb> 6 <SEP> 3, <SEP> 4 <SEP> 500C <SEP> 1 <SEP> h <SEP> 6 C/min <SEP> 2, <SEP> 5
<tb> bei <SEP> 40 C. <SEP> 0, <SEP> 3 <SEP> 0, <SEP> 1 <SEP>
<tb> wieder <SEP> abkühlen <SEP> und
<tb> rasches <SEP> Erwärmen
<tb>
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Betrachtet man die ersten dieser Proben, die unmittelbar nach der Verformung rasch erwärmt wurden, so war die Rückstellung bei den 5 min und 1 h gealterten Proben bei 40 C beendet.
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mungszyklusses bei den nicht gealterten Proben und den 5 min bei 50 C gealterten Proben keine Rückstellung auf. Nachdem sie jedoch wieder abgekühlt und rasch erwärmt wurden, fand der grösste Teil der Rückstellung oberhalb 40 C statt. Bei der 1 h bei 50 C gealterten Probe trat in dem anfänglichen Erwärmungszyklus von 6 C/min auf 40 C nahezu vollständige Rückstellung auf.
Diese Beobachtungen zeigen, dass Altern die As-Temperatur erniedrigt, da bei nicht gealterten Proben ohne Vorbehandlung eine deutliche Rückstellung oberhalb 40 C stattfand (vgl.
Ergebnisse l, 3 und 5). Der Betrag der wärmerückgestellten Dehnung, den man bei thermischer Vorbehandlung einer Probe erhält, wird durch Altern jedoch verbessert (vgl. Ergebnisse 2 und 4). Das Altern beeinflusst auch die Geschwindigkeit der langsamen Erwärmung, die zum thermischen Vorbehandeln notwendig ist. Für eine nur 5 min bei 50 C gealterte Probe war 6 C/min eine langsame Erwärmungsgeschwindigkeit, da unter 40 C nur eine geringe Rückstellung stattfand (s. Ergebnis 4).
Im Fall einer Probe, die für 1 h bei 50 C gealtert wurde, waren jedoch 60C/min eine schnelle Erwärmungsgeschwindigkeit, da der grösste Anteil der wärmerückstellbaren Dehnung während des Versuchs der Vorbehandlung rückgestellt wurde. Zusammengenommen zeigen diese Ergebnisse, dass es für eine gegebene Legierung eine optimale Alterungsbehandlung gibt, u. zw. eine, die vom Fachmann vor dem thermischen Vorbehandeln ohne Schwierigkeiten bestimmt werden kann.
In der obigen Beschreibung wurde das Formgedächtnis und die einfache Rückstellung betont.
Durch die Erfindung ermöglichte Modifikationen sind unter anderem Verfahren wie das schnelle
Erwärmen zum Erzielen einer teilweisen Rückstellung, gefolgt durch langsames Erwärmen, um einen erhöhten Rückstellungsbereich einzustellen, gefolgt von einer Abkühlung auf den Bereich des Niedertemperaturgefüges und anschliessendes Wiederverformen. Dies ergibt ein Produkt, das sich bei rascher Erwärmung in zwei Stufen rückstellt, wobei die eine Stufe der normale Bereich zum Beginn der Rückstellung bei rascher Erwärmung ist und die andere Stufe beim erhöhten Rückstellungsbereich beginnt. Diese Technik kann mehrfach mit einer Aufeinanderfolge von Schritten langsamer Erwärmung angewendet werden, um eine Vielfalt von Rückstellungsbereichen zu ergeben. In ähnlicher Weise kann man sich den Widerstand bei Erwärmung stufenweise verändern lassen.
Die Erfindung kann als eine Technik zum Erweitern des Bereiches des Niedertemperaturgefüges zu höheren Temperaturen verwendet werden. Man kann dadurch Legierungen mit einer hohen Ermüdungswiderstandsfähigkeit gegenüber Dehnungen von etwa 10%, guten Dämpfungseigenschaften, ungewöhnlicher Färbung oder andern Eigenschaften erhalten, die dem Niedertemperaturgefüge eigen sind.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Erhöhung der Wiederherstellungstemperatur eines wärmerückstellbaren Gegenstandes aus einer metallischen Zusammensetzung, welche der reversiblen Umwandlung zwischen dem austenitischen und dem martensitischen Zustand fähig ist, dadurch gekennzeichnet, dass der normale Punkt des Beginns der austenitischen Umwandlung As auf einen erhöhten Wert Ase gebracht wird, indem man den Gegenstand langsam von einer Temperatur, bei welcher sich die Zusammensetzung im martensitischen Zustand befindet auf eine Temperatur oberhalb des genannten Punktes As erhitzt und das langsame Erhitzen sodann abbricht, wobei der Gegenstand vor oder nach dem langsamen Erhitzen wärmerückstellbar gemacht wird, indem man ihn verformt, während sich die metallische Zusammensetzung im martensitischen Zustand befindet.
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