CH464541A - Metallischer Werkstoff - Google Patents

Metallischer Werkstoff

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CH464541A
CH464541A CH1403964A CH1403964A CH464541A CH 464541 A CH464541 A CH 464541A CH 1403964 A CH1403964 A CH 1403964A CH 1403964 A CH1403964 A CH 1403964A CH 464541 A CH464541 A CH 464541A
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CH1403964A
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John Jr Anders Frederic
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Fansteel Metallurgical Corp
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C32/00Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ
    • C22C32/001Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ with only oxides
    • C22C32/0015Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ with only oxides with only single oxides as main non-metallic constituents

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Description


      Metallischer   <B>Werkstoff</B>    Die     Erfindung        betrifft        einen    metallischen Werk  stoff mit verbesserter     Hochtemperaturfestigkeit    und ein  Verfahren zur     Herstellung    eines solchen     Werkstoffes.     



  Bei der Kaltbearbeitung von Metallen nach den  üblichen Verfahren, z. B. durch Walzen, Schmieden  oder Bearbeitung im     Gesenk,    kann eine     erhebliche          Festigkeitszunahme    des     Metalles    erzielt werden. Eine  Festigkeitserhöhung um ein Mehrfaches ist durchaus  üblich. Diese Erhöhung wird von     einer    vergrösserten  Härte und einem     Dukroilitäts.verlust    begleitet, was häu  fig störend ist.

   Das Werkstück kann durch     Glühen    auf  seine ursprüngliche Härte und     Duktilität        zurückgeführt     werden, doch geht beim Glühen die durch Kaltbearbei  tung herbeigeführte Festigkeitserhöhung verloren. In  ähnlicher Weise kann der durch Kaltbearbeitung er  zielte Festigkeitszuwachs bei einem Versuch der Ver  wendung des kaltbearbeiteten Werkstückes unter sehr  hohen Betriebstemperaturen., wie sie dem Glühen etwa  entsprechen, verloren gehen.  



  Es wurde bereits vorgeschlagen, den Verlust der in  einem bearbeiteten Produkt gespeicherten Energie  dadurch stark zu vermindern, dass Mischungen aus (1)  schwerschmelzbaren     pulverförmigen        Oxydteilch:en    und  (2) Metallpulver, wie Eisen und Kobalt, die bei erhöh  ten Temperaturen eine Phasenumwandlung erleiden,  verdichtet und dann bei erhöhten Temperaturen einer       Heissverformung    unterzogen werden, wobei die Tempe  ratur die     Phasenumwand:lungstemperatur        nicht    über  schreitet.

   Die diesem Vorschlag     zugrundeliegende     Theorie impliziert notwendigerweise, dass beim Erhit  zen eines     derartigen    Systems auf oder über die     Phasen-          umwandlungstemperatur,    wie dies etwa beim Glühen  der Produkte oder     in    ihrem Betrieb bei Temperaturen  oberhalb der     Phasenumwandlungstemperatur    der Fall  wäre, die gespeicherte Energie verloren ginge, mit der       Schlussfolgerung,        dass    alle vorteilhaften Wirkungen der       Eneirgiespeicherung    dabei verloren werden.  



  Im Gegensatz zu den Erfahrungen aus der  üblichen Kaltbearbeitung und der eben beschriebenen  Theorie wurde     nun    gefunden, dass derartige Phasen-         umwandlungs,metalle    und selbst Metalle, wie Nickel,  die keine Phasenumwandlung erleiden, bezüglich ihrer  Eigenschaften erheblich verbessert werden können,  wenn in einem Körper aus dem Metall:

   eine Vielzahl  von schwerschmelzbaren     Metalloxydteilchen        verteilt,     das System     verdichtet    und der verdichtete Körper oder  Pressling aus     Metall-Me;taliloxyd    bei einer Temperatur  unterhalb der     Rekristallisationstemperatur    (des     Metal-          les    ohne Oxyd) verformt wird. Die verbesserten Eigen  schaften derartiger Produkte sind auch nach dem Glü  hen noch vorhanden.  



  Der     erfindungsgemässe    metallische Werkstoff mit  verbesserter     Hochtemperaturfes:tigkeit    ist dadurch     ge-          kennzeichnet,    dass er (1) ein Metall mit einer Atom  zahl von 22 bis 74, das einen Schmelzpunkt von über  1100  C hat und ein Oxyd mit einer freien Bildungs  energie bei 27  C von 30 bis 105 Kilokalorien pro  Grammatom Sauerstoff des Oxyds bildet und (2) 0,

  1       bis        10        Vol.-%        mindestens        eines        in        dem        Metall        unlös-          lichen,        schwerschmelzbaren    Metalloxyds,     -doppeloxydis     oder     -silikats,    das eine freie     Bild-ungsünergie        bei     1000  C von.

   über 60 Kilokalorien pro Grammatom  Sauerstoff hat und in Form von Teilchen vorliegt, die  eine     durchschnittliche    Grösse von 5-1000     Millimikron     haben und     gleichmässig    in dem Metall verteilt sind,       enthält,    wobei das Metall eine orientierte Kristallstruk  tur     aufweist.     



  Der     erfindungsgemässe    Werkstoff bietet eine Erhö  hung der absoluten Zug-, Streck- und     Bruchbeanspru-          chungsfestigkeit    eines     Metalles,    gemessen bei 73 0/0 des  absoluten Schmelzpunktes des     Metalles.    Das bevor  zugte Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäs  sen Werkstoffes ist dadurch gekennzeichnet, dass man  einen     Metallkörper,    der (1) ein Metall mit einer Atom  zahl von 22 bis 74, das einen Schmelzpunkt von über  1100  C hat und ein Oxyd mit einer freien Bildungs  energie bei 27  C von 30 bis 10:

  5 Kilokalorien pro  Grammatom Sauerstoff des Oxyds bildet und (2) 0,1       bis        10        Vol.-%        mindestens        eines        in        dein        Metall        unlös-          lichen,        schwerschmelzbaren    Metalloxyds,     -doppeloxyds         oder     -silikats,    das eine freie Bildungsenergie bei  1000  C von über 60     Kilokalorien    pro     Grammatom     Sauerstoff hat und in Form von Teilchen vorliegt,

   die  eine durchschnittliche     Grösse    von 5 bis 1000     Millimi-          kron    haben und     gleichmässig    in dem Metall     verteilt     sind,     enthält,    bei einer Temperatur, die nicht höher       liegt    als die     Hälfte    der in  K gemessenen Schmelztem  peratur des     Metalles,    durch mechanische Bearbeitung  einer 40 bis 95     o/oigen        Querschnittsflächenverminde-          rung    unterzieht.  



       In    der     beiliegenden    Zeichnung ist eine Elektronen  mikrographie     dargestellt,    welche die     metallurgische          Mikrostruktur    eines     erfindungsgemässen    Werkstoffes       zeigt,        der    2     Vol.-%        Thoriumoxyd,        in        Form        der        Parhi-          keln    1 meiner Matrix 2 aus Nickelmetall     verteilt,

          ent-          hält.    Das     kristallografische        Nickelbild        zeigt        eine    Orien  tierung der übergeordneten Korneinheiten (der     soge-          nannten        Supergrains)    zu den Ebenen 3, 4 und 5.

   Die       M.ikrografie    wurde nach     einem    üblichen zweistufigen       metallografis.chen        Verfahren        erhalten,    das unter der  Bezeichnung      Formvar-Carbon     bekannt     ist.     



  Die erhaltenen überraschenden Ergebnisse     beruhen     offensichtlich auf der Einbettung des.     schwerschmelzba-          ren    Oxydes als     disperse    Phase in das. Metall, wahr  scheinlich weil eine     derartige        Einbettung        eine    Zusam  menlagerung von schwerschmelzbaren     Oxydpartikeln     während:

   der Verdichtung     verhindert    und im bearbeite  ten Produkt eine fadenartige Orientierung der schwer  schmelzbaren     Oxydteilchen    mit     dazwischenliegenden     Teilen aus nicht     mit    dem Oxyd     modifizierten    Metall  vermeidet.  



       Metalle    mit der erforderlichen     Atomzahl    und dem       erforderlichen    Schmelzpunkt, deren Oxyde die erfor  derliche     freie        Bildungsenergie    haben, sind u. a. Titan,       Vanadium,    Chrom, Mangan, Eisen, Kobalt, Nickel,       Niob,        Molybdän,        Tantal    und Wolfram.

   Diese Metalle       können    miteinander und mit geringeren Anteilen ande  rer Elemente legiert sein, sofern der Schmelzpunkt der  Legierung     ohne    das     disperse        schwerschmelzbare    Oxyd  oberhalb des angegebenen Wertes von 1100  C liegt.  Der Gesamtanteil der genannten anderen     Elemente     beträgt vorzugsweise nicht mehr als die     Hälfte    des  Gesamtgewichtes der     Zusammensetzung    ohne die       disperse    Komponente.  



  Die für den     erfindungsgemässen    Werkstoff geeigne  ten,     schwerschmelzbaren    Metalloxyde,     -doppeloxyde     und     -silikate,    im folgenden kurz auch als     Dispersoide     bezeichnet, haben bei 1000  C eine freie Bildungsener  gie, A F, von mehr als 60 Kilokalorien pro Gramm  atom     Sauerstoff,    Mischungen     derartiger    Oxyde, Doppel  oxyde und Silikate, die sich wie Einzeloxyde verhalten,       können    verwendet werden.

   Für Produkte zur Verwen  dung bei höchsten     Betriebstemperaturen    werden die  Oxyde mit den     höchsten    freien     Bildungsenergien    be  vorzugt. In der folgenden Tabelle ist eine typische  Gruppe geeigneter     Dispersoide    mit den Werten der  freien Bildungsenergie     (Q    F) gezeigt:

    
EMI0002.0091     
  
    Dispersoid <SEP> a <SEP> F <SEP> bei <SEP> 1000  <SEP> C <SEP> Dispersoid <SEP> /\ <SEP> F <SEP> bei <SEP> 1000  <SEP> C
<tb>  Y203 <SEP> <B>1</B>25 <SEP> Zr02 <SEP> <B>1</B>00
<tb>  Ca0 <SEP> 122 <SEP> BaO <SEP> 97
<tb>  La20 <SEP> 121 <SEP> ZrSi04 <SEP> 95
<tb>  BeO <SEP> 120 <SEP> Ti0 <SEP> 95     
EMI0002.0092     
  
    <B>Th02 <SEP> 119 <SEP> T102 <SEP> 85</B>
<tb>  M<B>9</B>0 <SEP> 112 <SEP> Si02 <SEP> 78
<tb>  U02 <SEP> 105 <SEP> Ta20, <SEP> 75
<tb>  <B>Hf02 <SEP> 105</B> <SEP> V203 <SEP> <B>74</B>
<tb>  Ce02 <SEP> 105 <SEP> Nb02 <SEP> 70
<tb>  A1203 <SEP> 104 <SEP> Cr20,

   <SEP> 62       Die Teilchen aus schwerschmelzbarem Oxyd haben       erfindungsgemäss        durchschnittliche    Abmessungen im  Grössenbereich von 5 bis 1000     Millimikron        (mu).     Dies bedeutet, dass     Oxydteilchen    mit Grössen im       Molekularbereich,    d. h. unterhalb des angegebenen  Bereiches,     nacht    geeignet sind.

       Vorzugsweise    beträgt  die     Partikelgrösse    5-250     m,u,    wobei     ein    unterer Wert  von 10 mg und ein     oberer    Wert von 150 mg beson  ders     bevorzugt    ist. Es isst zu erkennen, dass die bevor  zugten     Grössenwerte    im     Bereich    der kolloidalen       D.imensionsen    liegen und die bekannten Methoden zur  Herstellung kolloidaler     Pantikel    können zur Herstellung  geeigneter     schwerschmelzbarer        Oxydpartikel    angewen  det werden.  



  Der     Anteil    der     Dispersoidpartikel    aus schwer  schmelzbarem Oxyd in dem Metall liegt     erfindungsge-          mäss        im        Bereich        von        0,1        bis        10        Vol.-%,        wobei        der        Be-          reich        von        0,

  5        bis    5     %        bevorzugst        ist.        Besonders        hervor-          ragende    Ergebnisse können mit einem     Dispersoidanteil     von 2     Vol.-1/o    erzielt werden.  



       Erfindungsgemäss    sind die schwerschmelzbaren       Oxydpartikel        gleichmässig    in dem Metall verteilt. Das  wirksamste     Verfahren    zum Erzielen einer derartigen       Dispersion        besteht    in der     gemeinsamen        Ausfällung     eines     Hydroxyds    des     Metalles    bzw.

   eines     hydratisierten          Metalloxydes    und der     Dispersoidpartikeln.,    Reduzieren  des     Metallhydroxydes    mit     Wasserstoff    und Sintern des  reduzierten Produktes, wie dies z. B. in der     USA-          Patentschrift    3 019 103 beschrieben ist. Bei Metallen,  die schwer oder nicht mit Wasserstoff reduzierbar sind,  wie Titan und     Niob,    kann die Reduktion des das       Dispersoid    enthaltenden     kopräzipierten        Metallhydro-          xyds    in einer Salzschmelze erreicht werden, wobei als  aktives Metall z.

   B. Natrium oder     Calcium    als Reduk  tionsmittel     verwendet    wird, wie dies z. B. in der     US-          Patentschrift    Nr. 3 082 084 beschrieben ist. Obwohl  das übliche mechanische Vermischen von     Metallpulver     und pulverförmigem     Dispersoid    in der Regel keine ver  wendbare Mischung liefert, kann durch längeres Verar  beiten derartiger Mischungen in der     Kugelmühle,    z. B.  mehr als 30 Stunden lang, unter Bedingungen, die eine  Einbettung des     Dispersoides    im Metall bewirken, eine       erfindungsgemäss        verwendbare    Mischung erhalten wer  den.  



  Nach der Herstellung einer gleichmässigen Disper  sion von     Dispersoidteilchen    aus schwerschmelzbarem  Oxyd in     einem    der angegebenen Metalle kann die  Mischung gegebenenfalls verdichtet und     gesintert    wer  den, um einen Formkörper zu erhalten, der als Werk  stück für die erfindungsgemässe mechanische Bearbei  tung geeignet ist. Es können alle bekannten Verfahren  zum Verdichten und Sintern angewendet werden. So  kann z. B. zum Verdichten der nach einigen der oben  angegebenen Verfahren erhaltenen     pulverförmigen     Produkte das     Pulver,    z. B. in einen Gummibehälter       gebracht    und der Behälter     hydraulisch    komprimiert wer  den.

   Andererseits kann die Verdichtung auch durch      Pressen     im        Gesenke    oder durch Walzen des Pulvers       oder    in ähnlicher Weise     erfolgen.    Die so     erzielte        Ver-          dichtung        sollte        mindestens        70%        der        theoretischen     Dichte des Produktes     betragen.     



  Durch das Sintern des verdichteten Gebildes wird  eine Reihe von     vorteilhatten    Veränderungen des     Press-          lings    erzielt, insbesondere wenn unter Wasserstoff bei  erhöhter Temperatur gearbeitet wird. Es werden die  letzten Spuren von reduzierbarem Metalloxyd redu  ziert. Die Festigkeit des     Presslings    nimmt zu, weil die       Metalloberflächen        oxydfrei    sind     und    leichter     miteinan     der in Verbindung     treten    können. Die Dichte des  Metallproduktes     nimmt    zu, seine     Porosität    dementspre  chend ab.

   Der spezifische     Oberflächenwert    des     Press-          lings    nimmt wegen der     Ausschaltung    von Poren ab, so  dass eine     Reoxydation    des Produktes bei Einwirkung  von Luft entweder     geringfügiger    oder völlig ausge  schaltet ist. Das     gesintemte    Produkt kann z. B. einen  Oberflächenwert von nur 0,01     m2    pro Gramm aufwei  sen.  



  Nach dem Sintern kann das mit schwerschmelzba  rem Oxyd     modifizierte    Metall zur     Ausschaltung    prak  tisch der     gesamten    im Werkstück noch vorhandenen  Poren     warm    bearbeitet werden. Diese     Bearbeitung    wird  zweckmässig bei erhöhten Temperaturen, d. h. ober  halb der     Rekristallisationstemperatur    des     Metalles,     gemessen ohne darin     enthaltenes        Dispersoid,    erzielt  werden. Für Nickel sind z. B. Temperaturen über  500  C geeignet. Die Bearbeitung kann auf verschiede  nen Wegen, z.

   B. durch Auspressen, Schmieden, Bear  beiten im     Gesenke,        Walzen    und nach anderen Verfah  ren     erzielt    werden. Da     durch    die     Warmbearbeitung    die       Dichte        des        Produktes        auf        10.0        %        seines        theoretischen     Wertes gebracht werden     soll,

      wird das Werkstück eine  zum Erzielen dieses Ergebnisses ausreichende Zeit lang       bearbeitet.    Ein     sehr    zweckmässiger Weg     hierfür    .ist das  Auspressen in der Wärme. Hierdurch wird das     Metall     so     zusammengedrückt,    dass Leerstellen verschwinden  und gleichzeitig wird eine     Querschnittsverminderung          erzielt,

      die durch einen Schlupf oder ein     plastisches          Fliessen    des Materiales     beim        Durchgang    durch     die          Auspressdüse    bedingt ist. Diese Wirkung ist an sich       bekannt.     



  Das     in        entsprechender    Weise vorbereitete     Werk-          stück,    gleichgültig ob nach dem oben beschriebenen  Verfahren oder nach abgeänderten     Ausführungsformen     dieser Verfahren erhalten,

   zeigt eine     gleichmässige     Dispersion der schwerschmelzbaren     Oxydteilchen    als       Dispersoid    in dem Matrixmetall und das System     besitzt          praktisch        eine        100        %ige        theoretische        Dichte.        Dieses     Material ist nun für die mechanische Bearbeitung nach  dem erfindungsgemässen Verfahren bereit.  



  Die     Herstellung    des     erfindungsgemässen        Werkstoffs     kann vorzugsweise durch mechanische     Bearbeitung    des  Werkstückes bei einer Temperatur erfolgen, die nicht  höher liegt als die Hälfte der in   K gemessenen  Schmelztemperatur des     Metalles,    wobei der Schmelz  punkt ohne das vorhandene     Dispersoid    gemessen ist.

    Die Schmelzpunkte der in Frage stehenden Metalle       sind    entweder     bereits        in    den     bekannten    Tabellenwer  ken angegeben oder     können    im Fall der     Legierungen    in       bekannter    Weise gemessen     werden.    Die Bearbeitungs  temperatur     ist    kritisch und liegt vorzugsweise in dem  angegebenen Bereich, wenn der Werkstoff die ge  wünschten vorteilhaften Eigenschaften haben soll.

   Es  ist     wichtig    zu bemerken, dass bei der Metallbearbei  tung häufig die Anfangstemperatur, bei der das Werk-    stück der Bearbeitung     unterzogen    wird, als     Bearbei-          tungstemperatur    angegeben wird, d. h., dass     die    Tem  peratur meist nicht während der Verformung selbst  gemessen     wird.    Es ist z.

   B. sehr schwierig,     die    Tempe  ratur eines Rohlings oder Halbzeuges in einer Aus  pressanlage zu     bestimmen,    so dass     meistens    die Tem  peratur des Werkstückes beim Einführen in die     Presse          bestimmt    und dieser Wert als Bearbeitungstemperatur  angegeben     wird.    Diese     Arbeitsweise    ist     zwar    nicht sehr  genau, liefert aber bei     gleichbleibender    Anwendung       relevante    Werte.  



  Die Bearbeitung wird vorzugsweise so     durchge-          führt,        dass        eine        40-95        %ige        Verminderung        der        Quer-          schnittsfläche    des     Werkstückes    erfolgt.

   Eine     Verminde-          rung        um-        weniger        als        40        %        bietet        keine        ausreichende     Bearbeitung zur Verbesserung der Eigenschaften in       gewünschtem    Masse.

   Eine     Verminderung    von mehr als       95        %        führt        zu        einer        übermässigen        Bearbeitung        des     Werkstückes, d. h. das Werkstück verliert häufig bei       Einwirkung    sehr hoher Temperaturen seine     verbesser-          ten    Eigenschaften. Wenn das Ausmass der Quer  schnittsverminderung bei oder nahe dem Maximalwert  des angegebenen Bereiches liegen soll, ist es häufig  zweckmässig, das Werkstück einer nur teilweisen, z. B.

         60        %igen        Verminderung        zu        unterziehen,        es        dann        zu     glühen und danach der restlichen     Verminderung    zu       unterziehen.     



  Die mechanische Bearbeitung kann durch     Verfah-          ren    wie     Auspressen,    Walzen,     Schmieden,    Bearbeitung  im     Gesenke,    Ziehen und durch     ähnliche        bekannte    Ver  fahren erreicht werden.

   Das Resultat besteht darin,       dass        ein    in der beschriebenen Weise     bearbeitetes     Metallprodukt zur Wiederherstellung seiner ursprüng  lichen Härte und     Duktilität    geglüht werden kann und  dabei die bei einer Temperatur von 73 0/a der in   K  gemessenen     Schmel        temperatur        ermittelte    Festigkeits  erhöhung, die     durch    die     Bearbeitung        bedingt    ist, nicht  verliert.  



  Der Ausdruck  Glühen , wie er hier verwendet  wird, bezieht sich auf eine     Hochtemperaturbeh        andlung,     die dem Metall bei Raumtemperatur     einen    erhöhten       Weichheitsgrad        verleiht    und meist auch eine     Dukti-          litätsverbesserung    ergibt. Das  Glühen  besteht darin,       dass    das Metall einer solchen Behandlung     unterzogen     wird, dass     seine    Härte bei Raumtemperatur abnimmt  und     seine        Duktilität    zunimmt.

   Der     Ausdruck     Glühen   ist somit im     weiteren    Sinne aufzufassen und die ange  gebenen Wirkungen     können    auf verschiedene Weise  erzielt     werden.    So kann die Erwärmung auf eine derar  tig hohe Temperatur erfolgen, dass tatsächlich eine       Rekristallisation    des     Metalles    - erfolgt. Andererseits ist  es zum Erreichen der angegebenen     Resultate    nicht er  forderlich, dass     Rekristallisation        eintritt.     



  Wenn eine lösliche und eine andere Phase vorlie  gen, ist schon eine     Erwärmung    ausreichend, die be  wirkt,     dass        ein    Teil der löslichen Metallphase in der  Matrixphase gelöst wird. Diese Behandlung ist als     Ver-          gütung    bekannt und die Glühbehandlung des     Metallss     kann vom Mass der Kühlung und     dergleichen    abhän  gen. Wiederum kann die Erwärmung auf eine derart  hohe Temperatur erfolgen, dass die     Phasenumwand-          lungstemperatur        überschritten    wird.  



  Vorzugsweise wird das bearbeitete Produkt     nach-          folgend        bei        einer        Temperatur,        die        65        bis        95        %        der        in      K gemessenen     Schmelztemperatur,    bezogen auf das  nicht mit     Dispersoid        modifizierte    Metall, beträgt, ge  glüht.

   Die nach solchen Verfahren erhaltenen Produkte           besitzen    praktisch die gleiche     Duktilität    und     Härte    wie  vor der Bearbeitung, behalten jedoch praktisch alle  durch die Bearbeitung bedingten     verbesserten    Eigen  schaften bei.  



  Die nach dem oben beschriebenen     Verfahren        er-          hältlichen        erfindungsgemässen    Produkte sind bearbei  tete metallische     Werkstoffe    mit hoher absoluter Zug-,  Streck- und     Dauerbruchfestigkeit,    gemessen bei einer       Temperatur        von        73        %        der        in         K        gemessenen        Schmelz-          temperatur,

      wenn als Vergleich     ähnliche    Produkte her  angezogen werden, in welchen kein     Dispersoid    vorhan  den ist oder das     Dispersoid    nicht     gleichmässig    im  Metall     verteilt    ist. Die Produkte zeichnen sich auch  durch     eine    orientierte     Kristallstruktur    aus, wie dies in  der Zeichnung     dargestellt    ist.

   Diese     Orientierung        ist    bei       Temperaturen        unter        85        %        der        in         K        gemessenen          Schmelztemperatur    des     Metalles    irreversibel. Die  Metalle und die     Dispersoide    der     Produkte    sind oben  im Zusammenhang mit dem Verfahren beschrieben.

         Erfindungsgemässe    Produkte, in welchen das     Metall     Nickel und das     Dispersoid        Thoriumoxyd    ist,     zeigen    die  gewünschten vorteilhaften Eigenschaften in hervorra  gendem Masse.  



  Wie aus der Zeichnung erkennbar, ist     die        omen-          tierte        Kristallstruktur    der erfindungsgemässen Produkte  bei der     metallografischen    Untersuchung durch Gruppen  von benachbarten Körnern in Form von      überkör-          nern     erkenntlich, wobei die     Dispersoidpartikel    in       gleichmässiger        Verteilung    vorliegen. Die an sich be  kannte     metallografische    Untersuchung     kann    z.

   B. wie  folgt durchgeführt werden: Die Proben werden in       Bakelit    montiert und in Reihe mit Schleifpapier  Nr. 4/0 poliert. Dann werden sie von der Montierung  abgenommen und 5 Stunden bei 1000  C im Hochva  kuum (10-5 mm     Hg)    thermisch geätzt.

   Auf     der        Metall-          oberfläche    wird im Vakuum eine     dünne    Kohlenstoff  schicht     abgelagert.    Das Metall wird mit einer 1 bis  2     %igen        Bromlösung        abgelöst.        Die        Abbildung        im        Koh-          lenstoff    wird auf einem Sieb mit 90     Maschen/cm    befe  stigt, und unter dem Elektronenmikroskop betrachtet.

      <I>Beispiel 1</I>    Nickelpulver, das 2 Volumenprozent     einer        disper-          sen    Phase     aus        Thoriumoxydteilchen    mit Grössen von  unter 1     Mikron    enthielt und gemäss     US-Patent     Nr.

   3 019 103 erhalten worden war, wurde     hydrosta-          tisch    zu einem Knüppel mit einem Durchmesser von  50 mm     verdichtet.    Dieser Knüppel     wurde    dann 6 Stun  den in trockenem Wasserstoff bei 1204  C (2200  F)  gesintert, und bei 927  C (1700  F) zu einem 19     mm-          Stab    ausgepresst.

   Die     Zugfestigkeitswerte    dies     ausge-          pressten    Stabes bei 982  C (1800  F) waren wie folgt:    Absolute Zugfestigkeit 413     kg/cm2          0,2        %        Streckgrenze        343        kg/cm2     Dehnung 12 0/0         Verminderung    der       Querschnittsfläche        26,

  60/0       Dieser Stab wurde dann bei Raumtemperatur auf       72        %        seines        Querschnittes        geschmiedet        und        unter        Zug          bei        73        %        der        absoluten        Schmelztemperatur        des    Metal-    los, d. h.<B>982'</B> C,     erneut    geprüft.

   Es     wurden    folgende       Werbe    erhalten:  Absolute     Zugfestigkeit    1178     kg/cm2    (16 750 pst)  0,2     0/a    Streckgrenze 1118 kg/cm' (15 900 pst)  Dehnung 6     0/a     Verminderung der       Querschnittsfläche        16,90/0          Dauerbruchfestigkeit     bei 633     kg/cm2    11,

  3 Stunden    <I>Beispiel 2</I>    Eine weitere Probe das     geschmiedeten    Stabes von  Beispiel 1 wurde durch Erhitzen an der Luft während  3 Stunden auf 1204  C geglüht und die     Zugfestigkeits-          werte    der     geglühten    Probe bei 982  C bestimmt.

   Die  Ergebnisse sind wie folgt:    Absolute Zugfestigkeit 1188     kg/cm2    (16 900 pst)       0,2        %        Streckgrenze        1132        kg/cm'        (16        100        pst)     Dehnung 6 0/0    Verminderung der       Querschnittsfläche        22,5%          Dauerbruchfestigkeit     bei 633     kg/cm2        (geglüht    bei  1316  C) 20,2 Stunden    Diese Werte lassen erkennen,

   dass die Verbesse  rungen der     Zugfesroigkeitswerte    bei hohen Temperatu  ren auch nach dem Glühen erhalten bleiben.    <I>Beispiel 3</I>    Ein geschmiedetes     Werkstück    in Blechform mit  verbesserten     Hochtemperatur-Eigenschaften,    die auch  nach dem Glühen     erhalten    blieben, wurde wie folgt       hergestellt:     Ein wie in Beispiel 1 hergestelltes Nickelpulver mit  2     Volumprozent        Thoriumoxyd    wurde in ein.     Gesenke     mit Abmessungen von 6,35 X 12,7 cm gegossen.

   Das  Pulver wurde bei Raumtemperatur mit einer auf den       Gesenkestempel    wirkenden Gesamtkraft von etwa 360  Tonnen zu einem Rohling mit einer Dicke von  1.6,5 mm gepresst. Der Rohling wurde 8 Stunden bei  1204  C in trockenem Wasserstoff     gesintert    und dann       durch    Heisswalzen bei 1204  C bis auf praktisch       100        %        seiner        theoretischen        Dichte        verdichtet.        Die     Oberflächen des heissgewalzten Produktes wurden ab  gearbeitet, so dass eine konditionierte Platte mit einer  Dicke von 4,064     inm    (0,160 Zoll)

   erhalten wurde.  



  In einer Walzanlage wurde die Platte in 6 Durch  gängen bei Raumtemperatur von 4,064 mm auf 1 mm  vermindert. Dann wurden die     Zugfes:tigkeitswerte    des       Produktes    bei 982  C     geprüft.    Die gefundene     Zugfe-          stigkeit    betrug 935     g/cm2.    Eine andere Probe des     Ble-          ches    mit einer Dicke von 1 mm wurde eine Stunde bei  1093  C (2000  F) in trockenem Wasserstoff geglüht  und bei 982  C auf Zugfestigkeit geprüft. Es wurde ein       Zugfestigkeitswert    von 984     kg/cm2    erhalten.

Claims (1)

  1. <B>PATENTANSPRUCH I</B> Metallischer Werkstoff mit verbesserter Hochtem- peraturfestigkeit, dadurch gekennzeichnet, dass er (1) ein Metall mit einer Atomzahl von 22 bis 74, das einen Schmelzpunkt von über 1100 C hat und ein Oxyd mit einer freien Bildungsenergie bei 27 C von 30 bis 105 Kilokalorien pro Grammatom Sauerstoff des Oxyds bildet und (2) 0,
    1 bis 10 Vol. -% mindestens eines in dem Metall unlöslichen, schwerschmelzbaren Metalloxyds, -doppeloxyds oder -silikats, das eine freie Bildungsenergie bei 1000 C von über 60 Kilokalorien pro Grammatom Sauerstoff hat und in Form von Teil ehen vorliegt,
    die eine durchschnittliche Grösse von 5 bis 1000 Millimikron haben und gleichmässig in dem Metall verteilt sind, enthält, wobei das Metall eine orientierte Kristallstruktur aufweist. UNTERANSPRÜCHE 1.
    Werkstoff gemäss Patentanspruch I, dadurch ge kennzeichnet, dass er durch Glühen die bei einer Tem- peratur von 73 % der in. K gemessenen Schmelztempe- ratur ermittelte Festigkeitserhöhung nicht verliert. 2.
    Werkstoff gemäss Patentanspruch I oder Unter anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er minde stens zwei der genannten Metalle enthält. 3. Werkstoff gemäss Patentanspruch I oder Unter anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall als Legierung mit einem geringeren Anteil eines ande ren Metalles vorliegt, wobei die Legierung einen Schmelzpunkt von über 1100 C hat. 4.
    Werkstoff gemäss Patentanspruch oder Unteran spruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall, bzw. eines der Metalle Nickel ist. 5. Werkstoff gemäss Patentanspruch oder Unteran spruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das schwer schmelzbare Oxyd Thoriumoxyd ist.
    PATENTANSPRUCH II Verfahren zur Herstellung eines metallischen Werkstoffs gemäss Patentanspruch I, dadurch gekenn zeichnet, dass man einen Metallkörper, der (1) ein Metall mit einer Atomzahl von 22 bis 74, das einen Schmelzpunkt von über 1100 C hat und ein Oxyd mit einer freien Bildungsenergie bei 27 C von 30 bis 105 Kilokalorien pro Grammatom Sauerstoff des Oxyds bildet und (2) 0,
    1 bis 10 Vol.-% mindestens eines in dem Metall unlöslichen, schwerschmelzbaren Metall oxyds, -d@oppeloxyds oder -silikats, das eine freie Bil dungsenergie bei 1000 C von über 60 Kilokalorien pro Grammatom Sauerstoff hat und in Form von Teil chen vorliegt, die eine durchschnittliche Grösse von 5 bis 1000 Millimik:
    ron haben und gleichmässig in dem Metall verteilt sind, enthält, bei einer Temperatur, die nicht höher liegt als die Hälfte der in K gemessenen Schmelztemperatur des Metalles, durch mechanische Bearbeitung einer 40 bis 95 o/oigen Querschnittsflä- chenvermind;erung unterzieht. UNTERANSPRÜCHE 6.
    Verfahren nach Patentanspruch II, dadurch ge kennzeichnet, dass das Metall Nickel ist. 7. Verfahren nach Patentanspruch II oder Unter anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das schwer- schmelzbare Oxyd Thoriumoxyd ist. B.
    Verfahren nach Patentanspruch 1I, dadurch ge kennzeichnet, dass das mechanisch bearbeitete Produkt in der Folge bei einer Temperatur geglüht wird, die 65 bis 95 % der in K gemessenen Schmelztemperatur des nicht mit dem schwerschmelzbaren Oxyd modifizierten Metalles beträgt.
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