AT390031B

AT390031B - Mehrschichtmaterial

Info

Publication number: AT390031B
Application number: AT0123885A
Authority: AT
Original assignee: Yamaha Corp
Priority date: 1984-04-26
Filing date: 1985-04-25
Publication date: 1990-03-12
Also published as: ATA123885A; FR2563637A1; FR2563637B1; DE3514524A1; JPS60228143A

Description

Nr. 390031

Die Erfindung betrifft ein Mehrschichtmaterial zur ornamentalen Verwendung. Insbesondere betrifft die Erfindung die Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von Ti-enthaltendem Mehrschichtmaterial vom Plattierungstyp für ornamentale Anwendungen, beispielsweise als Brillengestell oder Teile von Brillengestellen.

Unter Plattieren versteht man das Aufbringen eines Materials auf ein anderes Material unter Druckeinwirkung, 5 beispielsweise durch einen Preßvorgang, Ziehvorgang oder Walzvorgang, wobei dies je nach Materialien und Materialanwendung oder ohne gleichzeitiger Wärmeeinwirkung erfolgen kann. So hergestellte Manteldrähte werden insbesondere zur Herstellung von Brillengestellen verwendet

Verschiedene Ti-enthaltende Mehrschichtmaterialien vom Plattierungstyp werden schon im größerem Umfang wegen der hohen mechanischen Festigkeit, der guten Korrosionsbeständigkeit und des leichten Gewichts der 10 Ti-Komponente verwendet. Allgemein enthält das Mehrschichtmaterial dieser Art einen Ti oder Ti-Basislegierungskem und einen aufplattierten Mantel aus Ni-Basislegierung oder Cu-Basislegierung. Trotz dieser guten Eigenschaften hat ein zwecks leichten Gewichts hoher Anteil der Ti-Komponente eine schlechte plastische Verformbarkeit und eine hohe mechanische Steifheit des Mehrschichtmaterials zur Folge. Man nimmt an, daß diese Nachteile von der hcp-Kristallstruktur des Ti kommen (hcp: hexagonal dicht gepacktes Gitter). Eine 15 schlechte plastische Verformbarkeit verhindert aber die Herstellung von komplizierten Formen, und eine hohe mechanische Steifheit führt zu einer schnellen Abnutzung der bei der Bearbeitung verwendeten Werkzeuge, insbesondere Schneidewerkzeuge.

Es bestand die Aufgabe, ein Ti-enthaltendes Mehrschichtmaterial vom Plattierungstyp zu schaffen, welches zusätzlich zu einer hohen mechanischen Festigkeit, einer guten Korrosionsbeständigkeit und einem niedrigen 20 Gewicht auch sehr gut plastisch verformbar ist und eine abgestimmte mechanische Steifheit hat.

Ferner soll dieses Ti-enthaltende Mehrschichtmaterial vom Plattierungstyp zusätzlich zu den oben genannten Vorteilen auch zum Plattieren und Löten, insbesondere Hartlöten, geeignet sein.

Die erstgenannte Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß das Mehrschichtmaterial einen Kern aus Al oder Al-Basislegierung und einen auf den Kem aufplattierten Mantel aus Ti oder Ti-Basislegierung 25 aufweist.

Beide vorgenannten Aufgaben, insbesondere die zweitgenannte, werden gemäß der Erfindung durch ein Mehrschichtmaterial gelöst, welches einen Kem aus Al oder Al-Basislegierung, einen auf den Kem plattierten Zwischenkem aus Ti oder Ti-Basislegierung, einen Zwischenmantel aus Ni oder Ni-Basislegierung, welcher auf den Zwischenkem aufplattiert ist, und einen Mantel aus Au, Au-Basislegiemng, Pt oder Pt-Basislegierung 30 aufweist, der auf den Zwischenmantel aufplattiert ist.

Die Erfindung wird im folgenden mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Darin zeigen:

Fig. 1 einen nicht maßstabgetreuen Querschnitt eines Mehrschichtmaterials in Form eines Manteldrahtes nach der Erfindung entsprechend der erstgenannten Aufgabe und Lösung, Fig. 2 einen Querschnitt eines Mehrschichtmaterials nach der Erfindung in Form eines Manteldrahtes entsprechend der zweitgenannten Aufgabe 35 und Lösung, Fig. 3 ein Kurvendiagramm, welches die Ergebnisse von Härtetests zeigt, und Fig. 4 eine graphische Darstellung, welches die Ergebnisse von Verdichtungstests zeigt.

Fig. 1 zeigt ein Beispiel eines drahtförmigen Mehrschichtmaterials gemäß dem ersten Aspekt nach der Erfindung. Das drahtförmige Mehrschichtmaterial (10) weist einen Kem (11) aus Al oder Al-Basislegierung und einen Mantel aus Ti oder Ti-Basislegierung auf, der auf den Kem (11) aufplattiert ist. Erfindungsgemäß ist das 40 Anteilsverhältnis von Mantelmaterial zu Kemmaterial so, daß im Drahtquerschnitt der Flächenanteil des Mantels (12) vorzugsweise 12 bis 60 % des Flächenanteils des Kernes (11) ausmacht. Es werden vorzugsweise Al-Basislegierungen entsprechend den JIS (Japanischer Industriestandard) 1070,1050,1100,1200,3003,5052, 5056,5083,6061,6063 und 7003 verwendet 45 (Siehe Tabelle 1) 50 55 -2- 60

Nr. 390031

TatoHg-1. 5 Anteil in % JIS Si Re Cu Mn Mg Cr Zn Bi, Pb, Zr Ti andere Al Zr + Ti, V * ** 1070 0.20 0.25 0.04 0.03 0.03 - 0.04 - 0.03 0.03 - 99.70 10 < < < < < < < < > 1050 0.25 0.40 0.05 0.05 0.05 - 0.05 - 0.03 0.03 - 99.50 < < < < < < < < > 1100 1.0 0.05 0.05 - - 0.10 - - 0.05 0.15 99.00 15 < 0.20 < < < < > 1200 1.0 0.05 0.05 - - 0.10 - 0.05 0.05 0.15 99.00 < < < < < < < > 3003 0.6 0.7 0.05 1.0 - - 0.10 - - 0.05 0.15 bal 20 < < 0.20 1.5 < < < 5052 0.25 0.40 0.10 0.10 2.2 0.15 0.10 - - 0.05 0.15 bal < < < < 2.8 0.35 < < < 5056 0.30 0.40 0.10 0.05 4.5 0.05 0.10 - - 0.05 0.15 bal 25 ~ ~ ~ < < < 0.20 5.6 0.20 < < < 5083 0.40 0.40 0.10 0.40 4.0 0.05 0.25 - 0.15 0.05 0.15 bal < < < 1.0 4.9 0.25 < < < < 30 6061 0.40 0.7 0.15 0.15 0.8 0.04 0.25 - 0.15 0.05 0.15 bal 0.8 < 0.40 < 1.2 0.35 < < < < 6063 0.20 0.35 0.10 0.10 0.45 0.10 0.10 - 0.10 0.05 0.15 bal 35 0.6 < < < 0.9 < < < < < 7003 0.30 0.35 0.20 0.30 0.05 0.20 5.0 Zn 0.20 0.05 0.15 bal < < < < 1.0 < 6.5 0.05 < < < 40 0.25 < = oder weniger > = oder mehr * individuell ** total 45 Das Vorhandensein von Al oder Al-Basislegierung im Kern und der verringerte Anteil an Ti führen dazu, daß das Produkt ohne übermäßig starke Abnutzung der Werkzeuge bearbeitet und geschnitten werden kann. Außerdem ermöglicht der verringerte Anteil an Ti-Komponente eine isotrope plastische Deformation, wodurch die Herstellung von komplizierten Konfigurationen ermöglicht wird. Wenn der Querschnittsflächenanteil des Mantels den oben angegebenen Bereich nicht erreicht, würde ein zu großer Unterschied in der Festigkeit zwischen dem 50 Kern und dem Mantel eine ungestörte glatte Bearbeitung des Mehrschichtmaterials verhindern. Andererseits, wenn der Querschnittflächenanteil des Mantels oberhalb des genannten Bereiches liegt, wird ebenfalls die Bearbeitbarkeit des Mehrschichtmaterials verschlechtert oder unmöglich gemacht.

Fig. 2 zeigt ein Beispiel eines drahtförmigen Mehrschichtmaterials gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung. Das drahtförmige Mehrschichtmaterial (20) enthält einen Kern (21) aus Al oder Al-Basislegierung, einen auf 55 diesen Kern aufplattierten Zwischenkem (22) aus Ti oder Ti-Basislegierung, einen auf den Zwischenkem (22) aufplattierten Zwischenmantel (23) aus Ni oder Ni-Basislegierung, und einen auf den Zwischenmantel (23) aufplattierten Mantel (24) aus Au, Au-Basislegierung, Pt oder Pt-Basislegierung. Die Querschnittsfläche des Zwischenkems (22) sollte vorzugsweise im Bereich von 12 % bis 60 % der Querschnittsfläche des Kerns (21) liegen. Für die Erfindung werden vorzugsweise Al-Basislegierungen gemäß dem JIS (Japanischer 60 Industriestandard) 1070,1050,1100,1200,3003,5052,5056,5083,6061,6063 und 7003 verwendet -3-

Nr. 390031

Zusätzlich zu den Vorteilen, welche das Mehrschichtmaterial gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung aufweist, wird das Produkt durch das Vorhandensein des Zwischenmantels (23) aus Ni oder Ni-Basislegierung und des Mantels (24) aus Au, Au-Basislegierung, Pt oder Pt-Basislegierung besonders gut plattierbar und lötbar. Das Vorhandensein des Mantels (24) ermöglicht auf leichte Weise das Bilden von Oberflächenmustem auf dem Produkt Ferner weist der Zwischenmantel (23), welcher zwischen dem harten Zwischenkem (22) und dem weichen Mantel (24) angeordnet ist, eine Zwischenhärte auf, durch welche die Verarbeitungseigenschaften wesentlich verbessert und ungewollte Formveränderungen während der Verarbeitung weitgehend vermieden werden. Falls bei einer Wärmebehandlung intermetallische Verbindungen zwischen Ti des Zwischenkems (22) und Ni des Zwischenmantels (23) entstehen, wird eine Ausbreitung nach außen durch den Zwischenmantel (23) verhindert, ohne daß auf der Außenfläche des Produkts Schlieren, Farbänderungen, Formänderungen oder dergleichen auftreten, welche das schöne Aussehen des Mantels (24) beeinträchtigen würden. Da die eine intermetallische Verbindung erzeugende Temperatur zwischen Ti und Ni höher ist als die zwischen Ti und Cu, Ag und Zn in der Au-Basislegierung, kann ein weiter Temperaturbereich so gewählt werden, daß man eine ideale Vergütung erreicht.

Die Dicke des Zwischenmantels (23) sollte vorzugsweise in einem Bereich von 10 % bis 200 % von der des Mantels liegen. Ein Zwischenmantel (23) dünner als der untere Grenzwert hat keine Wirkung mehr, so, als ob er nicht vorhanden wäre. Eine Dicke des Zwischenmantels oberhalb des oberen Grenzwertes hätte eine merkliche Zunahme des Gewichtes des Mehrschichtmaterials zur Folge und würde dadurch wieder den Vorteil beeinträchtigen, der sich durch das leichte Gewicht des aus Ti oder Ti-Basislegierung hergestellten Zwischenkems (22) ergibt.

Das folgende Beispiel dient zur Erklärung der Erfindung, soll jedoch nicht den Schutzumfang einschränken.

Beispiel

Drahtförmige Muster Nr. 1 bis 17 des Mehrschichtmaterials mit verschiedenem Aufbau laut Tabelle 2 wurden hergestellt und einige von ihnen wurden Härte- und Verdichtungstests unterworfen. (Siehe Tabelle 2) -4-

Nr. 390031 Tabelle 2

Muster Nr. Mantel (Ti) Kem (AB Mantelanteil * (%) Beobachtung Typ (JIS) Zugfestig keit (9.8 N/mm2) Typ (JIS) Zugfestig keit (9,8 N/mm2) 1 2** 48 1100 8.3 10 Bruch 2 2 48 1100 8.3 15 3 2 48 1100 8.3 20 4 2 48 1100 8.3 40 5 2 48 1100 8.3 55 6 2 48 1100 8.3 70 7 2 48 6063 12.5 10 Bruch 8 2 48 6063 12.5 25 9 2 48 6063 12.5 40 10 2 48 6063 12.5 70 11 Clad 37 1050 7.1 6 Bmch 12 Clad 37 1050 7.1 12 13 Clad 37 1015 7.1 15 14 Clad 37 1050 7.1 30 15 Clad 37 1050 7.1 50 16 Clad 37 1050 7.1 70 17 2 48 Ni 16.1 20 * Mantelanteil bedeutet die Querschnittsfläche des Mantels als % der Querschnittsfläche des Kerns. ** Ti vom JIS 2-Typ enthält < 0,015 Gew.-% H, < 0,20 Gew.-% N und < 0,25 Gew.-% Fe, Rest Ti.

Bei der Herstellung jedes Musters wurden zunächst ein Mantel von 40 mm Außendurchmesser und ein korrespondierender Kem vorbereitet. Nach dem Aufsetzen des Mantels auf den Kern und Verlöten der Enden, wurde die Kombination mehrmals einem Drahtziehvorgang mit einem Verformungsgrad von 75 % unterworfen, jeweils unter Zwischenwärmebehandlung bei 500 °C während 30 Minten, wobei ein Draht mit 2,5 mm Druchmesser erhalten wurde, der abschließend bei 480 °C 3 Minuten lang wärmebehandelt wurde. Für Vergleichszwecke wurde ein Kem aus Ni für die Herstellung des Musters Nr. 17 verwendet.

Bei der Herstellung der in Tabelle 2 angeführten "Clad"-Muster wurde 12-Gold (Au)-Basislegierung (50Au-35Cu-10Zn-5Ni) und 99,8-Ni im Querschnittsflächenverhältnis von 1:1 aufeinander plattiert, und das erhaltene Material wurde auf einen Ti-Mantel mit einem Querschnittsflächenverhältnis von 1:1 plattiert. Ein Mantelbruch trat während der Herstellung der Muster Nr. 1,7 und 11 auf. Nach dem Bruch wurde jedes Muster so einem Walzvorgang und Stauchvorgang unterworfen, wobei man einen Draht mit 2,5 mm Durchmesser erhielt.

Die Muster 1, 3, 4, 6 und 17 wurden Härtetests unterzogen. Jedes Muster wurde mit vorgegebenen Verformungsgraden durch Drahtziehen bearbeitet und anschließend Zugversuchen unterworfen. Die Ergebnisse sind in Fig. 3 dargestellt.

Die Muster 1 bis 10 und 17 wurden Verdichtungstests unterworfen. Jedes Muster wurde in einer -5-

Claims

Nr. 390031 SKD-ll-Form (HRc = 60, Oberflächenfinish 0,8 S) unter Verwendung von Spindelöl als Schmiermittel mit einer Preßgeschwindigkeit von 1 mm/s auf eine Dicke von 0,7 mm zusammengepreßt. Die dafür benötigten Kräfte sind in Fig. 4 gezeigt In Fig. 3 ist der Verformungsgrad in Prozent auf der Abszisse und die Zugfestigkeit in kp/mm^ auf der Ordinate aufgetragen. In Fig. 4 sind die Mustemummem auf der Abszisse und die Kraft in Tonnen auf der Ordinate aufgetragen. Die Testergebnisse zeigen, daß ein Mantelanteil, bei dem die Querschnittsfläche des Mantels unterhalb von 10 % der Querschnittsfläche des Kerns liegt, Oberflächenbrüche während der Herstellung zur Folge hat. Keine Probleme ergeben sich, wenn der Mantelanteil so ist, daß sein Querschnittsflächenwert 12 % beträgt. Auf der anderen Seite führt ein Mantelanteil, der einem Querschnittsflächenwert von 70 % entspricht, zu hoher Härte des Materials, was u. a. hohe Verformungskräfte nötig macht. Ein Al-Kem verursacht eine niedrige Härte und eine kleinere Kraft beim Pressen als ein Ni-Kem, wobei eine ausgezeichnete Verarbeitbaikeit sichergestellt ist. PATENTANSPRÜCHE 1. Mehrschichtmaterial, gekennzeichnet durch einen Kern (11) aus Al oder Al-Basislegierung und einen auf den Kern aufplattierten Mantel (12) aus Ti oder Ti-Basislegierung.
2. Mehrschichtmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anteile an Mantelmaterial und Kemmaterial so gewählt werden, daß im Querschnitt durch das Mehrschichtmaterial der Flächenanteil des Mantels (12) 12 bis 60 % des Flächenanteils des Kerns (11) ausmacht.
3. Mehrschichtmaterial, gekennzeichnet durch einen Kern (21) aus Al oder Al-Basislegierung, einen auf den Kern aufplattierten Zwischenkem (22) aus Ti oder Ti-Basislegierung, einen Zwischenmantel (23) aus Ni oder Ni-Basislegierung, der auf den Zwischenkem aufjplatdert ist, und einen Mantel (24) aus Au, Au-Basislegierung, Pt oder Pt-Basislegierung, der auf den Zwischenmantel auf plattiert ist.
4. Mehrschichtmaterial nach Anspmch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anteile an Zwischenkemmateriäl und Kemmaterial so gewählt werden, daß im Querschnitt durch das Mehrschichtmaterial der Flächenanteil des Zwischenkems (22) 12 bis 60 % des Flächenanteils des Kerns (21) ausmacht.
5. Mehrschichtmaterial nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des Zwischenmantels (23) im Bereich zwischen 10 % und 200 % von derjenigen des Mantels (24) liegt. Hiezu 2 Blatt Zeichnungen -6-