Gegenstand aus Eisen-Niekel-Legierung mit sehr kleinem Wärmeausdehnungskoeffizienten und Verfahren zu seiner Herstellung. Es sind erschmolzene Eisen-Nickel-Legie- rungen mit etwa 36"/o Nickel bekannt, die einen sehr kleinen Wärmeausdehnungskoeffi- zienten bei Raumtemperatur besitzen. Diese Legierungen werden für präzisionsmecha nische Zwecke verwendet, bei denen eine Unveränderlichkeit der Länge auch bei Tem peraturschwankungen erwünscht ist.
Die Le gierungen sind für diese Zwecke umso besser geeignet, je näher ihr Ausdehnungskoeffizient dem Werte Null ist, und je grösser der Tem peraturbereich ist, in dem der kleine Ausdeh- riungskoeffizierit erhalten bleibt.
Die Erfindung betrifft nun einen Gegen stand aus einer gesinterten Eisen-Nickel- Legierung mit sehr kleinem positiven oder sogar negativen Wärineausdehnungskoeffizien- ten, die aus 34-39 % Nickel urid 61-66 % Eisen besteht, und die durch Sintern eines Gemisches von Eisen- und Nickelmetall- pulver hergestellt ist,
das durch Zersetzung der betreffenden Karbonylverbindungen ge wonnen worden ist.
Es hat sich nämlich überraschenderweise gezeigt, dass sich diese gesinterten Legierun gen hinsichtlich ihres Ausdehnungskoeffizien ten günstiger verhalten als die erschmolze nen Legierungen von gleicher Zusammen setzung. Der mit den gesinterten Legie rungen erzielte Fortschritt geht aus der Zeichnung deutlich hervor.
Die gestrichelten Kurven<B>Al,</B> A2 und .As zeigen die Längenänderungen (in Millimeter pro Meter) beim Erwärmen und Abkühlen einer erschmolzenen, handelsüblichen Eisen- Nickel-Legierung mit 36 % Nickel, und zwar die Kurve Ai für die geglühte Legierung, die Kurven A2 für die kalt verformte und bei<B>100</B> C angelassene Legierung und die Kurven As für die kalt verformte Legierung.
Die Pfeile geben die Richtung des Tempera- turverlaufes an. Die Kurven Bi, Bz und Bs zeigen die Längenänderungen beim Erwärmen und Abkühlen einer gesinterten, aus den Metallkarbonylen gewonnenen Legierung mit ebenfalls 36% Nickel. Die Kurve Bi gilt für die geglühte Legierung,
B2 für die kalt verformte und bei<B>3000</B> C angelassene und Bs für die kalt verformte Legierung. Nach allen drei Behandlungsarten zeigen die ge sinterten Legierungen einen wesentlich kleine ren Ausdehnungskoeffizienten als die ent sprechenden erschmolzenen Legierungen. Ob wohl der kaltverformte Zustand bezüglich der Ausdehnung der günstigste ist, sind die kaltverformten Legierungen ohne nachfolgende Wärmebehandlung für Präzisionszwecke nicht verwendbar, weil sie sich in einem unsta bilen Zustand befinden. Einerseits ändert sich nämlich die Länge bei gleichbleibender Temperatur mit der Zeit, anderseits decken sich die Verlängerungen für Erwärmung und Abkühlung nicht. Es ist daher üblich, die Legierungen nach der Kaltverformung anzu lassen.
Dabei geht die Wirkung der Kalt verformung teilweise wieder verloren, und zwar umso mehr, je höher die Anlasstempe- ratur gewählt wird. Die für die Gegenstände nach der Erfindung verwendeten gesinterten Legierungen zeigen nun überraschenderweise die günstige Eigenschaft, dass die Anlass temperatur viel höher gewählt werden kann als beiden erschmolzenen Legierungen, und dass trotzdem der Ausdehnungskoeffizient in einem ungewöhnlich grossen Temperaturbereich noch schwach negativ bleibt. In dem gleichen Temperaturbereich besitzt die erschmolzene Legierung schon wieder einen positiven Aus dehnungskoeffizienten, ohne dass sie durch das Anlassen bei 1000 C schon völlig stabil geworden wäre.
Bei der gesinterten Legie rung kann die Stabilisierung durch die An wendung einer höheren Anlasstemperatur be schleunigt werden und daher vollständiger verlaufen.
Zur Erläuterung der Erfindung soll nach stehend die Herstellung einer beispielsweise für Pendel von Präzisionsuhren verwendbaren Stange aus Eisen-Nickel-Legierung beschrie ben werden. Aus einer Mischung von Eisen- und Nickelbarbonyldampf wird in bekannter Weise ein Metallpulver ausgefällt, das etwa 360o Nickel enthält. Das Pulver wird in eine aus hitzebeständigem Blech bestehende Form ge füllt und etwa 4 Stunden bei etwa 1200 0 C zu einem Block gesintert, der möglichst wenig Kohlenstoff, Mangan, Silizium und sonstige Verunreinigungen enthält.
Der so hergestellte Block wird zu einer Stange ausgeschmiedet und nach dem Erkalten, gegebenenfalls mit Zwischenglühungen, auf den gewünschten Durchmesser gezogen. Die Querschnittsab= nahme nach der letzten Glühung beträgt zweckmässig mehr als 10%. D:e gezogene Stange ist nach mehrstündiger Erwärmung auf<B>3000</B> C mit nachfolgender ganz lang samer Abkühlung verwendungsfertig und zeigt bei Temperaturschwankungen praktisch keine Längenänderungen.
Statt die Eisen- Nickelpulvermischung direkt mit dem ge wünschten Nickelgehalt aus dem Karbonyl- da.mpfgemisch auszufällen, kann man nach dieser Arbeitsweise Pulvergemische mit ver schiedenen Nickelgehalten herstellen und diese dann mechanisch in einem solchen Ver hältnis mengen, dass die Endmischung den gewünschten Nickelgehalt aufweist. Dran kann aber auch von reinem Eisen- und Nickel pulver ausgehen.
Besonders im letzteren Falle ist eine ausserordentlich sorgfältige mecha nische Durchmischung und ausserdem eine längere Homogenisierungsglühung bei hoher Temperatur zur Erzielung einer homogenen Legierung erforderlich.
Das Anlassen der Legierungen nach der Kaltverformung kann bei Temperaturen zwi schen 50 und 500 0 C, zweckmässig bei etwa <B>3000</B> C, erfolgen.
Article made of iron-Niekel alloy with a very low coefficient of thermal expansion and process for its manufacture. Molten iron-nickel alloys with about 36 "/ o nickel are known which have a very small coefficient of thermal expansion at room temperature. These alloys are used for precision-mechanical purposes in which an unchangeable length even with temperature fluctuations is desired is.
The alloys are all the more suitable for these purposes, the closer their coefficient of expansion is to zero and the greater the temperature range in which the small coefficient of expansion is retained.
The invention now relates to an object made of a sintered iron-nickel alloy with a very small positive or even negative coefficient of thermal expansion, which consists of 34-39% nickel and 61-66% iron, and which is made by sintering a mixture of iron and nickel metal powder is made,
which has been obtained by decomposition of the carbonyl compounds concerned.
It has been shown, surprisingly, that these sintered alloys behave more favorably in terms of their expansion coefficients than the molten alloys of the same composition. The progress made with the sintered alloys can be clearly seen in the drawing.
The dashed curves <B> Al, </B> A2 and .As show the changes in length (in millimeters per meter) during heating and cooling of a molten, commercially available iron-nickel alloy with 36% nickel, namely the curve Ai for annealed alloy, curves A2 for the cold-worked alloy tempered at <B> 100 </B> C, and curves As for the cold-worked alloy.
The arrows indicate the direction of the temperature curve. The curves Bi, Bz and Bs show the changes in length during heating and cooling of a sintered alloy obtained from the metal carbonyls, also with 36% nickel. The curve Bi applies to the annealed alloy,
B2 for the cold-worked alloy tempered at <B> 3000 </B> C and Bs for the cold-worked alloy. After all three types of treatment, the sintered alloys show a significantly lower expansion coefficient than the corresponding melted alloys. Although the cold-worked state is the most favorable in terms of expansion, the cold-worked alloys cannot be used for precision purposes without subsequent heat treatment because they are in an unstable state. On the one hand, the length changes over time if the temperature remains the same; on the other hand, the extensions for heating and cooling do not coincide. It is therefore common practice to leave the alloys after they have been cold worked.
The effect of cold deformation is partially lost again, and the more the higher the tempering temperature is selected. The sintered alloys used for the objects according to the invention now surprisingly show the favorable property that the tempering temperature can be chosen much higher than both molten alloys, and that the expansion coefficient still remains slightly negative in an unusually large temperature range. In the same temperature range, the molten alloy again has a positive expansion coefficient without it having become completely stable through tempering at 1000 C.
With the sintered alloy, the stabilization can be accelerated by using a higher tempering temperature and can therefore be more complete.
To explain the invention, the production of a rod made of iron-nickel alloy, which can be used for example for pendulums of precision clocks, will be described below. A metal powder containing about 360 ° nickel is precipitated in a known manner from a mixture of iron and nickel barbonyl vapor. The powder is filled into a mold made of heat-resistant sheet metal and sintered for about 4 hours at about 1200 ° C. to form a block that contains as little carbon, manganese, silicon and other impurities as possible.
The block produced in this way is forged into a bar and, after cooling, drawn to the desired diameter, if necessary with intermediate annealing. The reduction in cross-section after the last annealing is appropriately more than 10%. The drawn rod is ready for use after several hours of heating to <B> 3000 </B> C with subsequent very slow cooling and shows practically no changes in length with temperature fluctuations.
Instead of precipitating the iron-nickel powder mixture directly with the desired nickel content from the carbon dioxide mixture, this procedure can be used to produce powder mixtures with different nickel contents and then mechanically mix them in such a ratio that the final mixture has the desired nickel content. But pure iron and nickel powder can also be used.
Particularly in the latter case, an extremely careful mechanical mixing and also a longer homogenization annealing at high temperature is necessary to achieve a homogeneous alloy.
The tempering of the alloys after cold working can take place at temperatures between 50 and 500 ° C., expediently at about 3000 C.