In mechanischen Schwingsystemen, wie z. B. in elektromechanischen Filtern, aber auch in Federsystemen, wie in Waagen, Nivelliergeräten, elektrischen Messgeräten, usw. werden elastische Körper verwendet, deren Elastizitätsmodul nach Möglichkeit temperaturunabhängig sein soll. Es kann dabei allerdings vorkommen, dass der elastische Körper einen Temperaturkoeffizienten des E-Moduls aufweisen muss, der etwas von Null verschieden ist, damit gleichzeitig alle temperaturabhängigen Einflüsse eines schwingenden Systems, also beispielsweise die durch Wärmeausdehnung einer Unruh verursachte Zunahme des Trägheitsmomentes, mitkompensiert werden.
Überdies betrifft diese Kompensation bei den vielfältigen Beanspruchungen ganz verschiedene Moduln, nämlich das Elastizitätsmodul (zum Beispiel in Biegung für Stimmgabeln, Spiralfedern, usw.), das Schubmodul (in Torsion zum Beispiel für spiralig gewickelte Zugfedern) oder das Kompressionsmodul, sowie auch Kombinationen dieser Moduln.
Die bekannten Legierungen, die entsprechend kleine und anpassungsfähige Temperaturkoeffizienten aufweisen, beruhen auf ferromagnetischen Vorgängen. Unter der Wirkung äusserer Last ändert sich die lokale Richtung der spontanen Magnetisierung derart, dass die durch die Magnetisierungsänderung bewirkte magnetostriktive Verzerrung die gestaltsändernde Wirkung der Last vergrössert (das heisst magnetostriktive Verlängerung unter Zug und umgekehrt, jeweils in der Spannungsrichtung). Zu der rein elastischen Dehnung infolge einer Spannung kommt also in einem Ferromagnetikum eine magnetostriktive Dehnung hinzu, und gegenüber dem rein elastischen Hookeschen Verhalten fällt damit das Elastizitätsmodul ab. Diese Abweichung wird hE-Effekt genannt.
Der hE-Effekt ist besonders stark in den reinen Metallen Ni, Co, Fe und kommt im wesentlichen durch die Gestaltsmagnetostriktion zustande, wo er dann aber durch Aufmagnetisieren oder Kaltverformen (beides stört die freie Einstellung der spontanen Magnetisierung in den Domänen) praktisch unterdrückt sein kann. Wenn hingegen die Volumenmagnetostriktion kräftig ist, wie zum Beispiel für gewisse Fe-Ni-, Fe-Ni-Co- und Fe-Co-Cr-Legierungen und andere mehr, so verschwindet die Anomalie im ferromagnetischen Temperaturbereich auch unter Bedingungen magnetischer Sättigung oder starker Kaltverformung nicht vollständig. Indem die Magnetostriktion wie die spontane Magnetisierung mit steigender Temperatur abfallen, können diese Effekte bei geeigneter Legierungsauswahl das bekannte Verhalten des E-Moduls erzeugen, wobei bei vielen Legierungen der Volumen-Effekt benutzt wird.
Diese Theorien sind beschrieben in den Lehrbüchern: R. Becker und W. Döring: Ferromagnetismus , Springer Verlag Berlin (1939), S.
336-357; R. M. Bozorth: Ferromagnetism , D. Van Nostrand Company New York (1951), S. 684-699.
Das elastische Verhalten dieser Legierungen zeigt jedoch stets eine mehr oder weniger starke Magnetfeldabhängigkeit: So verändert sich zum Beispiel unmittelbar die Schwingfrequenz einer Stimmgabel im Magnetfeld und auch der Temperaturkoeffizient. Andererseits sind die technologischen Prozesse zur exakten Einstellung einer Temperaturkompensation recht umständlich.
Eine exakte Kaltverformung und Wärmebehandlung ist nötig, um den K6mpensa- tionsbereich so gross wie möglich zu machen und kleine Temperaturkoeffizienten zu erreichen; diese Kaltverformung und Vergütungswärmebehandlung verändern nämlich den inneren mikroskopischen und submikroskopischen Spannungszustand (wegen Versetzungen, Ausscheidungen, usw.; die mit der Vergütung wegen Ausscheidung verknüpfte Änderung der Legierungszusammensetzung ist nicht wesentlich) im Metall und beeinflussen dabei recht empfindlich das Temperaturverhalten der Elastizitätsmoduln. Andererseits ist besonders dann, wenn die Anomalie auf vorwiegender Volumenmagnetostriktion beruht, ein Einfluss der Textur klein; nur im weniger interessanten Fall des durch Gestaltsmagnetostriktion bedingten AE-Effektes tritt Richtungsabhängigkeit auf.
Die vorliegende Erfindung betrifft nun ein Verfahren zur Herstellung eines elastischen Gegenstandes mit einem von Null nur wenig verschiedenen Temperaturkoeffizienten des Elastizitätsmoduls, insbesondere eines Schwingers für elektromechanische Filter oder einer elastischen Aufhängung oder Feder für elektrische Messgeräte oder Waagen. Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass man zur Herstellung eines solchen Gegenstandes ein paramagnetisches Material mit einer Atom-Suszeptibilität X > 50 10-6 emElg-atom bei Raumtemperatur verwendet, das als Ganzes oder bei welchem der Hauptbestandteil eine Elektronenkonzentration ela von
2,5- 3,7 oder
4,1- 5,7 oder
6,1- 7,8 oder
9,2-10,5 aufweist, und dass man durch Ziehen undloder Walzen oder Rekristallisation eine Textur erzeugt.
Diese Textur ist dadurch umschrieben, dass die über alle Kristallorientierungen gemittelte Produkt-Summe 0 der Richtungs-cos zur Beanspruchungsrichtung festgelegt ist. Vorteilhaft ist für kubische Materialien C5 > 0,2 für den Elastizitätsmodul und 0 < 0,2 für den Schubmodul (Beanspruchungsachse = Torsionsachse) und für hexagonale Materialien 0 < 0,25 für den Elastizitätsmodul und 0 > 0,25 für den Schubmodul.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen die Figuren la-lc die paramagnetische Suszeptibilität, ihren logarithmischen Temperaturkoeffizienten und den logarithmischen Temperaturkoeffizienten des Elastizitätsmoduls in Abhängigkeit der Elektronenkonzentration, die Figuren 2a-2f die Abhängigkeit verschiedener, im nachfolgenden Text näher definierter elastischer Konstanten von der Temperatur, die Figur 3 eine Polfigur für kubische Materialien und die Figur 4 Kristallstrukturen verschiedener Elemente und den ungefähren Phasenaufbau der geschlossenen Mischkristallreihen von Legierungen dieser Elemente.
Die Elektronenkonzentration e/a ist das Verhältnis der mittleren Anzahl von ausserhalb abgeschlossener Schalen zu zählenden, also der für die Bindung massgebender Elektronen, zu der Anzahl Atome.
Es berechnen sich also bei einer Legierung aus n Elementen mit den Gewichtsprozenten gj, den Atomgewichten A1 und der Anzahl vj von Elektronen ausserhalb abgeschlossener Schalen (Valenzen) die Atomprozente zu
EMI1.1
und die Elektronenkonzentration zu
EMI1.2
Unter der Produktsumme Z5 ist der Ausdruck 95 = l2m2 + l2n2 + m2n2 für kubische Materialien respektive g = a2 für hexagonale Materialien, wobei 1,
m und n die Richtungs-cos der Mess- oder Beanspruchungsrichtung gegenüber den Hauptachsen der kubischen Kristallite respektive o der Rich- tungs-cos gegen die hexagonale Achse sind.
Für das Verständnis der vorgenannten Stoffe, die sich von den bisher für die erfindungsgemässen Zwecke verwendeten Materialien wesentlich unterscheiden, seien zunächst die Eigenschaften und Prinzipien dieser Stoffe erläutert:
Die Kohäsionsenergie eines Metalles setzt sich additiv aus verschiedenen Anteilen zusammen; können diese Anteile für den Fall von beliebigen Verzerrungen des Kristallgitters ermittelt sein, so ist es auch möglich, deren Anteile am Elastizitätsverhalten festzulegen. Im wesentlichen sind drei Anteile der Energie zu betrachten, welche durch die Wechselwirkung zwischen den Ionen des Kristallgitters, zwischen Ionen und freien Elektronen und zwischen den freien Elektronen selber hervorgerufen sind.
Erstere beiden Anteile geben hestimmte gleichmässige Merkmale des elastischen Verhaltens des Einkristalles; der letztere Anteil hingegen ist für gewisse Metalle und Legierungen ausschlaggebend, insbesondere das Temperaturverhalten der Elastizität (gewöhnlich ist dieser Anteil des Elektronengases klein oder temperaturunab- hängig). Auf diesen Effekten beruht die Gruppe von Materialien, im wesentlichen Metallen und Legierungen, aber unter Umständen auch Halbleitern, die nicht ferromagnetisch sind und auch den weiteren Anforderungen von Korrosionsbeständigkeit, leichter Verarbeitung, kleinen mechanischen Verlusten, mechanischer Festigkeit und anderes mehr genügen.
Sollen die Elektronen massgebend am Kohäsionsverhalten beteiligt sein, so muss deren Energie als Ganzes hoch sein, wofür die effektive Zustandsdichte am Fermi-Niveau N(EF) ausschlaggebend ist. Wenn nämlich unter solchen Bedingungen das Kristallgitter durch mechanische Beanspruchung elastisch verzerrt wird, so führt dies auch zur Verzerrung des Brillouin-Körpers, und die kinetische Energie der freien Elektronen nimmt bedeutenden Einfluss auf das elastische Verhalten des Kristalles.
Der Mechanismus ist natürlich bei jeglicher Beanspruchung am festen Körper wirksam, so im Falle einer Dilatation für das Kompressionsmodul K (wobei Elektronen respektive Löcher im fast leeren oder beinahe aufgefülltem Band gleichsinnig wirken) und bei reiner Scherung (ohne Dilatation) geht mit dieser Verzerrung des Brillouin-Körpers eine Erhöhung der kinetischen Energien in den einen Richtungen und Erniedrigung dieser Energien in anderen Richtungen vor sich, was dann zu einem Elektronen übertritt (bildhaft Elektronenverdampfen ) führt, den R. S.
Leigh (Philosophical Magazine, vol. 42, S. 139 ff, 1951) im Sonderfall Aluminium theoretisch untersuchte.
Wenn der Elektroneneinfluss für die elastische Energie hoch ist, so werden aber auch Temperatureinflüsse auf die kinetische Energie der Elektronen (respektive Löcher) oder mittelbar auf N(Er), was etwa als Temperaturkoeffizient d (EF) dT bezeichenbar ist, im elastischen Verhalten des Kristalles dominieren. Weil der Beitrag der Elektronen zur Elastizität reziprok zu N(EF) ist, sind die Temperaturkoeffizienten der Elastizität positiver, wenn dN(Er) dT negativ.
Hohe Zustandsdichte N(Er) ist durch hohe paramagnetische Suszeptibilität X, hohe spezifische Wärme der Elektroneu, vielfach auch hohe Supraleitungssprungtemperatur gekennzeichnet. Das Temperaturverhalten N(Er) ist am einfachsten aus dem Temperaturverlauf von %, nämlich dx dT ersichtlich.
Das Vorangehende hat gezeigt, wie die freien Elektronen das Elastizitätsverhalten massgebend beeinflussen können. Die Zusammenhänge sind aus den Figuren la-lc ersichtlich, in welchen für die Übergangselemente der 3., 4. und 5.
Periode und deren Legierungen die mit N(EF) verknüpfte paramagnetische Suszeptibilität (Fig. la), deren Temperaturkoeffizient
IdX XdT (Fig. lb) und die Temperaturkoeffizienten des Elastizitätsmoduls (Fig. lc) dargestellt sind. Die Werte für diese graphischen Darstellungen sind aus vielen Literaturstellen zusam mengetragen.
Für den erfindungsgemässen Zweck verwendbare Materialien treten für hohes X und negatives dX dT auf. Wie man sieht, sind nur folgende Bereiche der Elektronenkonzentration e/a interessant
2,5- 3,7
4,1- 5,7
6,1- 7,8 und
9,2-10,5
Die Elektronenkonzentration ela umschreibt dabei vollständig auch alle Legierungen mit zwei und mehr Komponen ten zwischen den Elementen verschiedener Gruppen und Perioden des periodischen Systems.
In diesen Materialien, die nachfolgend stets als erfindungsgemässe Materialien bezeichnet werden, gibt der Anteil der freien Elektronen zur elastischen Energie ein anomales Temperaturverhalten der Elastizität, doch sind diese Effekte nicht als Anomalie im hergebrachten Sinne zu sehen. Die Temperaturunabhängigkeit der bisher bekannten, thermokompensierenden Legierungen ist nämlich immer an einer oberen Temperatur begrenzt, nämlich dort, wo die genutzten homomorphen Umwandlungen verschwinden; die reversible Umwandlung vom Ferromagnetismus gegen den Paramagnetismus ist das bekannteste Beispiel, die Anomalie reicht bis zur Curie-Temperatur.
Kooperativvorgänge der Elektronen charakterisieren die magnetischen Vorgänge. Magnetische Eigenschaften sind aber durch Kaltverformung oder äussere Felder, wegen dieses Kooperativaspektes und grösserer Reichweite der Wechselwirkung, gestört. In den erfindungsgemässen Materialien hingegen sind die theoretisch als isolierte Partikel behandelten freien Elektronen massgebend; wegen der nur über einige Atomdistanzen reichenden Kräfte treten neue Phänomene auf, welche für die Herstellungsverfahren in bezug auf Kaltverformung und Verunreinigungen wichtige Konsequenzen haben.
Hohe Zustandsdichte N(EF) bedeutet nämlich, dass alle Störungen des regelmässigen Kristallgitters gut abgeschirmt sind; unter Störungen sind dabei nicht die substitutionsmässig eingelagerten Atome einer Komponente der Legierung verstanden, sondern die geometrischen Gitterfeh ler (Leerstellen, Zwischengitteratome, Versetzungen, Stapelfehler usw. wie solche etwa durch Kaltverformung oder Abschrecken von hohen Temperaturen entstehen) als auch Fremdstoffe, welche nicht auf reguläre Gitterplätze, sondern die sogenannten Zwischengitterplätze einlagern (wie Gase und Elemente mit kleinen Atomradien, z. B. C, N, O, H, B usw.). Die Fermi-Elektronen haben Wellenlängen von der Grösse des Atomabstandes.
Kommt nun hinzu, dass N(EF) gross ist in den erfindungsgemässen Materialien, so werden Gitterstörungen kräftig abgeschirmt, womit auch die gegenseitigen Kräfte zwischen den Gitterfehlern abgeschirmt werden. Solche Kräfte sind aber z. B. massgebend für Relaxationsprozesse, welche mit der Verankerung oder das Festhalten von Gitterfehlern (wie Versetzungen, gelöste Gase oder Verunreinigungen) zusammenhängen, oder aber beeinflussen entscheidend das Verfestigungsverhalten des Materiales bei Kaltverformung. Von anderen Übergangsmetallen ist bekannt, dass sie in unreinem Zustand spröde, in reiner Form aber hoch duktil sind.
Als wichtigstes für die erfindungsgemässen Materialien erscheint aber die Tatsache, dass ihr Temperaturverhalten des E-Moduls durch Kaltverformung, abgesehen von den sekundären Elastizitätsanomalien wegen Relaxationsprozessen, nicht oder wenig gestört werden; dies ist verschieden gegenüber den klassischen ferromagnetischen Legierungen mit einer Anomalie im Temperaturverhalten des E-Moduls, wo bei Kaltverformung der Temperaturkoeffizient des Elastizitätsmoduls immer negativer wird. Für Sie erfindungsgemässen Stoffe ist besonders wichtig, den Gehalt von löslichen Stoffen zu überwachen, welche auf Zwi schengitterplätze gehen; die Kaltverformung ist von minderem Einfluss, obwohl auch die dabei möglicherweise entstesenden Leerstellen und Zwischengitteratome störend sein mögen (durch eine Wärmebehandlung bei mässigen Tempera uren abbaubar).
Vielkristalline feste Körper haben bekanntlich vielfach Inisotrope Eigenschaften, welche durch Textur hervorgeru en sind (siehe bei G. Wassermann und Johanna Grewen xTexturen metallischer Werkstoffe , Springer Verlag, Berlin Jöttingen-Heidelberg 1962). Es ist weniger untersucht wor jen, wie die Temperaturkoeffizienten der Elastizitätsmoduln von einer Textur abhängen können. Der hE-Effekt des Nik ziels z.
B. ist stark anisotrop, weil die Gestaltsmagnetostriktion stark anisotrop ist; in den klassischen Legierungen mit kleinem Temperaturkoeffizienten des E-Moduls, die unter den Marken Nivarox, Ni-Span C usw, bekannt sind, wo Volumenmagnetostriktion vorwiegt, ist hingegen die Richtungsabhängigkeit klein und wird in praxi nicht beachtet noch kontrolliert. Die erfindungsgemässen Materialien hingegen beruhen ausdrücklich auf Einkristalleigenschaften, deren Anisotropie nicht übergangen sein kann. Bei deren technischer Nutzung muss dies in Betracht gezogen werden.
Die Elastizitätstheorie beschreibt die Dehnungen am mechanisch beanspruchten Einkristall mittels elastischer Konstanten. Für den kubischen Kristall, der im folgenden als Beispiel genommen wird, genügen drei Grössen cll, c12 und c44 (cll entspricht Dehnung längs einer Hauptachse, in der auch die Kraft wirkt, c12 ist Dehnung senkrecht zu dieser Hauptachse und Kraftrichtung, c44 ist Scherung in Ebene zweier Hauptachsen).
Für die elastische Energie und insbesondere den Anteil der Elektronen sind hingegen besonders die Grössen
C = c44 C' 2 (c"c,2)
K = 3 (c" # 2cm?) interessant, wobei C und C' zwei Scherungen entsprechen und K der Kompressionsmodul ist. Für den Einkristall sind dann die gewöhnlicherweise auch verwendeten Moduln E (Elastizitätsmodul) und G (Schubmodul); siehe z. B. bei C. S.
Barret Structure of Metals , McGraw-Hill Book Company New York, 1952:
EMI3.1
worin çti = l2m2 + m2n2 + n2l2, wobei 1 = cos a, m = cos ss, n = cos y, also die Richtungskosinusse zwischen Beanspruchungsachse und Hauptachsen des Kristalles sind.
Für die Temperaturkoeffizienten dieser Moduln gilt dann:
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Die Temperaturkoeffizienten hängen von den Einkristalleigenschaften und der Richtung ab ( = 0 für < 100 > , 5ti = 114 für < 1 lO > , Q = 113 für l 1 1) und die Temperaturkoeffizien- ten von C, C' und K sind je nach Beanspruchungs- oder Messrichtung (oder auch Ausbreitungsrichtung von Schallwellen) von ganz verschiedenem Einfluss. Ein fester Wert der Koeffizienten gibt das isotrope Vielkristallgefüge (isotrop = Kristallite ungeregelt; daran wird vorteilhaft experimentiert), wo 0 = 115 und
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Von den generellen Zusammenhängen am isotropen Vielkristall ausgehend ist andererseits (siehe z. B. W. Koester und H.
Franz, Metallurgical Reviews, vol. 6, No. 2, 1961): E= KG und
EMI4.1
Diese Gesetze seien am Beispiel des reinen Palladiums, ein Metall aus der Klasse der erfindungsgemässen Materialien, aufgezeigt. In Figur 2 sind Messdaten für C = c44 (Fig.
2b), C' = 1/2 (c11-c12) (Fig. 2a) aufgezeichnet und daraus K (Fig. 2c), Eloo (Fig. 2f), Ello (Fig. 2e) und E111 (Fig. 2d) nach vorstehenden Formeln abgeleitet. Die ausgeprägte Orientierungsabhängigkeit des Temperaturverhaltens geht aus dieser Figur hervor. Es kann nun die Frage aufgeworfen sein, für welche Richtung, das heisst, welches í, das erfindungsgemäss verlangte Verhalten vorliegt und g und e etwa identisch Null sind.
Mit den vorstehenden Formeln und den aus den Kurven entnommenen Temperaturkoeffizienten des Einkristalls findet sich für 300 "K g = 0 bei 43 s 0,09 und e = 0 bei pos = 0,32; g ist negativ für í grösser als 0,09 und e ist negativ für 5 kleiner als 0,32. Es erscheint damit ganz eindeutig, dass für erfindungsgemässe Materialien in technischer Nutzung diese Richtungsabhängigkeit zu beachten ist, ja sogar für gleichmässige Resultate den Metallen durch Kaltverformung und Rekristallisationsprozesse eine bestimmte Textur, das heisst, ein einigermassen fest bestimmtes pl aufzuprägen ist.
Eine Textur ist also nötig und ist auch ein erfindungsgemässes Mittel zur Einstellung der Temperaturkoeffizienten der Elastizitätsmoduln. In diesem Sinne ist Textur in allgemeinster Bedeutung zu verstehen, nur ein bestimmtes í ist gesucht, welches für kubische Materialien nach der in der Figur 3 dargestellten Polfigur auf verschiedene Art erreichbar ist. Dies kann durch Ziehen und/oder Walzen bei Raumoder erhöhten Temperaturen in einer zur Beanspruchungsrichtung vorgegebenen Lage oder aber durch nachträgliches Herausarbeiten des Gegenstandes aus dem vorbehandelten Material erreicht werden.
Dabei sind die Verhältnisse vielfach so, dass zum Beispiel für kubisch-raumzentrierte Materialien die < 110 > -Richtung parallel zur Zieh- oder Walzrichtung (í = 0,25) liegt und für kubisch-flächenzentrierte Materialien ein Teil der Kristallite ihre < 100 > -Richtung und ein anderer Teil ihre < 11 1-Richtung parallel zur Zieh-- oder Walzrichtung einstellt. Im letzteren Fall kann ;Z5 zwischen etwa 0,2 und 0,33 variieren, wobei die höheren Werte unter anderem auch durch verschiedene Verarbeitungstemperaturen erzwungen werden können. Auch Glühungen sind ein geeignetes Mittel, í zu erhöhen oder zu verschärfen.
In Figur 4 sind Kristallstrukturen der Elemente und der ungefähre Phasenaufbau der geschlossenen Mischkristallreihen, Legierungen dieser Übergangsmetalle, aufgezeichnet.
Der Vergleich mit Figur 1 zeigt nun die früher genannte Tatsache, dass die erfindungsgemässen Materialien nicht an eine feste Struktur gebunden sind. Überdies können solche erfindungsgemässe Materialien auch für komplexe Strukturen auftreten, wenn nur die Bedingung, dass (EF) gross und dN(Er) dT negativ erfüllt ist; solches ist zuni Beispiel um e/a ca. 6,5 der Fall für Legierungen aus Komponenten, die im periodischen System nicht nebeneinanderliegen oder wenn sogar eine Komponente aus den A-Gruppen des periodischen Systems kommt.
Beispiele für solche Materialien sind folgende Legierungen:
EMI4.2
<tb> 40 <SEP> Atom <SEP> /o <SEP> Ir <SEP>
<tb> 60 <SEP> Atom <SEP> 0/0 <SEP> Nb <SEP> <SEP> Phase <SEP>
<tb> 67 <SEP> Atom <SEP> % <SEP> Re <SEP>
<tb> 33 <SEP> Atom <SEP> % <SEP> W <SEP> vom <SEP> Struktur-Typ <SEP> a-Mn
<tb> 67 <SEP> Atom <SEP> % <SEP> Rh
<tb> 33 <SEP> Atom <SEP> /o <SEP> Ca <SEP> vom <SEP> Struktur-Typ <SEP> C <SEP> 15 <SEP> (Laves-Phase)
<tb>
Für technische Legierungen, welche den Bedingungen hoher Festigkeit und Härte, kleiner mechanischer Verluste genügen sollen, werden meistens Verfestigungsprozesse wie Kaltverformen, Ausscheidungshärtung, mehrphasiger Aufbau,
Zugabe von Elementen mit chemischer Lösungsverfestigung, und Phasenumwandlungen, entweder einzeln oder kombiniert miteinander, herangezogen. In den erfindungsgemässen Materialien sind solche Verfestigungsmechanismen möglich, doch sind wegen der Elektronenkonzentration die besonderen Einflüsse der Legierungselemente auf die Phasenstruktur zu beachten. Von der Kaltverformung andererseits war bereits die Rede, sie ist auf Ausscheidungshärtung und Phasenumwandlungen insofern wichtig, als sie generell härtesteigernd und für Umwandlungen beschleunigend wirkt.
Sind nun mehrphasige Legierungen oder eine Ausscheidungshärtung angestrebt, so fallen entsprechend den Phasenanteilen (Matrix und ausgeschiedene Phase) die Eigenschaften des Ganzen recht unterschiedlich aus; die beiden Phasen haben verschiedenes e/a und demnach auch unterschiedliches thermoelastisches Verhalten. Mit diesem Zerfall tritt nun ein grundsätzlich neues Verhalten der paramagnetischen Legierungen auf; wie aus der Figur 1 ersichtlich ist, wechseln nämlich sehr kleine mit stark negativen Temperaturkoeffizienten innerhalb eng benachbarter e/a-Bereiche miteinander ab. Bestimmte Verhältnisse zwischen diesen Temperaturkoeffizienten bestehen nun so, dass nun für eine gegebene Legierung, die durch schnelles Abkühlen in den übersättigten, metastabilen Zustand gebracht wird, je nach Anlasswärmebehandlung der Temperaturkoeffizient einstellbar ist.
Ein Beispiel hierzu gibt das Legierungssystem Niob-Zirkon, wo zum Beispiel die Legierung von 25% Zirkon und 75% Niob von hoher Temperatur von beispielsweise 1000 "C schnell abgekühlt und dann durch Ziehen etwa 90% kaltverformt werden kann, (wobei eine < 110 > -Ziehtextur entsteht) und dann durch eine Wärmebehandlung bei 550 -600 während zirka vier Stunden die erwarteten Eigenschaften erhält; vor der Wärmebehandlung ist der Temperaturkoeffizient positiv, mit dem Phasenzerfall scheidet der zirkonreiche Mischkristall aus, der einen stark negativen Temperaturkoeffizienten hat und den Temperaturkoeffizienten des Ganzen nun negativer macht und gegen Null bringt. Die Elektronenkonzentration e/a dieser Legierung beträgt 4,75.
Prinzipiell ähnliche Vorgänge laufen bei der Ausscheidungshärtung ab. Ein erfindungsgemässes Material gegebener Elektronenkonzentration wird oberhalb der temperaturabhängigen Löslichkeitsgrenze (Solvus) geglüht und abgeschreckt, dann (zunächst eventuell kaltverformt) unterhalb der Löslichkeitsgrenze wärmebehandelt; wegen der Verschiebung von e/a in der Matrix und dem Beitrag der Ausscheidung gelingt die Einstellung des Temperaturkoeffizienten. Zu- satzelemente, mit denen dann die Ausscheidungshärtung bei nicht zu grosser Löslichkeit erreicht sein kann, folgen meist gewissen Regeln, welche als Hume-Rothery-Regeln bekannt sind. Ein Beispiell ist eine Legierung aus 95% Nb und 5% Cr, die ein e/a von 5,1 aufweist und die einer ähnlichen Behandlung unterworfen werden kann, wie die vorstehend beschriebene Nb-Zr-Legierung.
Als ausscheidende, die Härtung bewir kende Phase entsteht hier NbCr2.