DE1303257B - - Google Patents
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C27/00—Alloys based on rhenium or a refractory metal not mentioned in groups C22C14/00 or C22C16/00
- C22C27/02—Alloys based on vanadium, niobium, or tantalum
Description
Int. Cl.Int. Cl.
DEUTSCHESGERMAN
PATENTAMTPATENT OFFICE
C 22 c, 27/00C 22c, 27/00
Aktenzeichen: P 13 03 257.0-24 (N 24173) Anmeldetag: 17. Dezember 1963File number: P 13 03 257.0-24 (N 24173) Filing date: December 17, 1963
OfEenlegungstag: — Auslegetag: 8. Juli 1971Open date: - Open date: July 8, 1971
Datum:Date:
Land:Country:
17. Dezember 1962 V. St. v. Amerika 24495517th December 1962 V. St. v. America 244955
Zusatz zu: Ausscheidung aus: Anmelder:Addition to: Elimination from: Applicant:
Vertreter:Representative:
Sommerfeld, E., Dr.-Ing.; Bezold, D. v., Dr.; Patentanwälte, 8000 MünchenSommerfeld, E., Dr.-Ing .; Bezold, D. v., Dr .; Patent Attorneys, 8000 Munich
eo O COeo O CO
Für die Beurteilung der Patentfähigkeit in Betracht gezogene Druckschriften: Nuclear Science and Engineering, Journal of Metals, 13 (1961), Heft 7,Publications considered for the assessment of patentability: Nuclear Science and Engineering, Journal of Metals, 13 (1961), issue 7,
Bd. 14 (1962), Nr. 2, Oktober, S. 109 S. 487 bis 489 bis 122 Metal Progress, 80 (1961), Heft 4,Vol. 14 (1962), No. 2, October, p. 109, pp. 487 to 489 to 122 Metal Progress, 80 (1961), No. 4,
S. 92 bis 96Pp. 92 to 96
Q7AQ7A
© 6.71 109 528/156© 6.71 109 528/156
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Tantal-Yttrium-Legierung als Werkstoff für Drähte oder Bleche, die nach lstündigem Glühen bei 2040° C ein feinkörniges Gefüge mit einer Korngröße von etwa 0,1 bis 0,026 mm aufweisen.The present invention relates to a tantalum-yttrium alloy as a material for wires or Sheets that, after annealing at 2040 ° C for one hour, have a fine-grain structure with a grain size of about 0.1 to 0.026 mm.
Für viele technische und industrielle Zwecke besteht ein Bedarf an Tantallegierungen mit höheren Rekristallisationstemperaturen, Widerstandsfähigkeit gegen Kornvergröberungen bei Temperaturen gleich oder oberhalb der Rekristallisationstemperatur, gleichförmiger Korngröße und besserer Duktilität. Drähte oder Bleche, die bei erhöhten Temperaturen nicht nur eine hohe Festigkeit haben, sondern auch ausreichend duktil sind, werden besonders benötigt. Insbesondere bei Glühdrähten und Elektrodenanschlußleitungen kleinen Durchmessers für elektrotechnische Zwecke stellt das Kornwachstum und die sich hieraus ergebende Versprödung der Drähte, die bei einer Herstellung unter Anwendung von Temperaturen über der Rekristallisationstemperatur auftreten, ein ernstes Problem dar. Durch das Kornwachstum entstehen in feinen Drähten und Elektrodenleitungen große Körner, die den ganzen Querschnitt des Drahtes einnehmen können. Solche großen Körner oder Kristallite neigen dazu, an den Korngrenzen zu gleiten, und hierdurch wird die Brauchbarkeit des Drahtes bzw. des Elektrodenanschlusses herabgesetzt oder ganz aufgehoben. Grobkörniges Gefüge neigt außerdem zur Versprödung und zu Rissen.For many technical and industrial purposes there is a need for tantalum alloys with higher Recrystallization temperatures, resistance to grain coarsening at temperatures the same or above the recrystallization temperature, uniform grain size and better ductility. Wires or sheets that not only have high strength at elevated temperatures, but also sufficient ductile are particularly needed. Especially with filaments and electrode connection lines Small diameter for electrotechnical purposes represents the grain growth and the resulting Embrittlement of the wires in a manufacture using temperatures above the recrystallization temperature, pose a serious problem. Grain growth occurs in fine wires and electrode leads large grains that take up the entire cross-section of the wire can. Such large grains or crystallites tend to slide on the grain boundaries and thereby the usability of the wire or the electrode connection is reduced or completely eliminated. Coarse-grained structures also tend to become brittle and crack.
Es hat sich in der Praxis als schwierig erwiesen, bei Tantallegierungen gleichzeitig eine hohe Rekristallisationstemperatur, eine Unterdrückung des Kornwachstums oder der Kornvergröberung, eine gleichförmige Korngröße und gleichzeitig eine ausreichende Duktilität zu erreichen.In practice, it has proven difficult to simultaneously use a high recrystallization temperature with tantalum alloys, a suppression of grain growth or coarsening, a uniform one To achieve grain size and at the same time sufficient ductility.
Es ist aus »Nuclear Science and Engineering«, Bd. 14 (1962), S. 109 bis 122, bekannt, Tantallegierungen mit Spuren Yttrium, die unter der Nachweisgrenze von 40 bzw. 10 ppm (0,004 bis 0,001 Gewichtsprozent) liegen, für die Verwendung als korrosionsfeste Plutoniumbehälter in Reaktoren in Betracht zu ziehen. Der Yttriumzusatz führt zu einem feinkörnigen Gefüge und höheren Rekristallisationstemperaturen. It is known from "Nuclear Science and Engineering", Vol. 14 (1962), pp. 109 to 122, tantalum alloys with traces of yttrium that are below the detection limit of 40 or 10 ppm (0.004 to 0.001 percent by weight) are considered for use as corrosion-resistant plutonium containers in reactors to pull. The addition of yttrium leads to a fine-grain structure and higher recrystallization temperatures.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Werkstoffes für Drähte und Bleche, die nach lstündigem Glühen bei 2040° C noch ein feinkörniges Gefüge mit einer Korngröße, die einer Korngröße nach ASTM von 4 bis 8 (etwa 0,1 bis 0,026 mm) entspricht, aufweisen.The object of the invention is to create a material for wires and metal sheets, which after 1 hour Annealing at 2040 ° C still has a fine-grain structure with a grain size that corresponds to a grain size ASTM from 4 to 8 (about 0.1 to 0.026 mm).
Diese Aufgabe wird durch die Verwendung einer Tantal-Yttrium-Legierung, bestehend aus 0,001 bis 1,0 Gewichtsprozent Yttrium, Rest Tantal, gelöst. Die Legierung kann gegebenenfalls noch 8 Gewichtsprozent Wolfram und 2 Gewichtsprozent Hafnium bzw. 10 Gewichtsprozent Wolfram enthalten.This task is accomplished through the use of a tantalum-yttrium alloy consisting of 0.001 to 1.0 percent by weight yttrium, the remainder tantalum, dissolved. The alloy can optionally also contain 8 percent by weight Contain tungsten and 2 percent by weight hafnium or 10 percent by weight tungsten.
Die Legierungen können auf bekannte Weise durch Schmelzen, Gießen und andere metallurgischen Verfahren hergestellt werden. Man kann beispielsweise abgewogene Mengen der einzelnen metallischen Bestandteile zusammenschmelzen, erstarren lassen und erneut schmelzen, bis die gewünschte Homogenität erreicht ist. Bei pulvermetallurgischen Verfahren werden die einzelnen metallischen Bestandteile pulverförmig in abgewogenen Mengen gleichförmig gemischt und dann zu einer gleichförmigen Masse zusammengesintert. Zur Herstellung der Legierungen lassen sich eine ganze Reihe bekannterThe alloys can be made in a known manner by melting, casting and other metallurgical processes Process are produced. One can, for example, weighed amounts of the individual metallic Melt the ingredients together, allow to solidify and melt again until the desired homogeneity is reached. In powder metallurgical processes, the individual metallic components powdered in weighed amounts uniformly mixed and then into a uniform Mass sintered together. A number of known ones can be used to produce the alloys
Schmelzanlagen verwenden. Man kann beispielsweise mit einem Vakuum-Lichtbogen- oder Elektronenstrahlofen arbeiten. Bei Vakuum-Lichtbogen-Schmelzöfen können verbrauchbare und/oder nichtverbrauchbare Elektroden verwendet werden. Bei Verwendung einer verbrauchbaren Elektrode kann das Yttriummetall der zu schmelzenden Elektrode zugesetzt werden, oder das Yttrium kann in Form von Teilchen, z. B. Spänen oder Pulver der Schmelzmasse, zugesetzt werden, aus der die Elektrode hergestellt wird. Das Yttrium kann der Schmelze auch getrennt zugesetzt werden. Die geschmolzenen Metalle müssen unabhängig von dem verwendeten Ofentyp gegen eine Verunreinigung durch die gewöhnliehe Atmosphäre geschützt werden, sie sollen also nicht mit Sauerstoff, Stickstoff u. dgl. in Berührung kommen. Das Schmelzen soll also in einer inerten Atmosphäre, wie Vakuum oder einem Schutzgas, durchgeführt werden.Use melting equipment. For example, one can use a vacuum arc or electron beam oven work. In the case of vacuum arc melting furnaces, consumable and / or non-consumable Electrodes are used. If a consumable electrode is used, the yttrium metal can be used in the electrode to be melted may be added or the yttrium may be in the form of particles, e.g. B. chips or powder of the enamel, can be added from which the electrode is made. The yttrium can also be used in the melt are added separately. The molten metals must be regardless of the type of furnace used be protected against pollution from the ordinary atmosphere, so they should do not come into contact with oxygen, nitrogen, etc. The melting should therefore take place in an inert Atmosphere, such as a vacuum or a protective gas, can be carried out.
so Da Yttrium einen verhältnismäßig hohen Dampfdruck hat, hängt der anfängliche Yttriumzusatz, der erforderlich ist, um in der fertigen Legierung einen bestimmten prozentualen Anteil zu ergeben, von einer Reihe von Umständen ab, beispielsweise den zu schmelzenden Stoffen, der Schmelzgeschwindigkeit und der Temperatur des geschmolzenen Metalls. Es wird also anfänglich so viel Yttrium zugesetzt, daß das gegossene Metall schließlich noch einen Yttriumgehalt von etwa 0,001 bis 1,0 Gewichtsprozent hat. so Since yttrium has a relatively high vapor pressure, the initial yttrium addition required to make a certain percentage in the finished alloy depends on a number of circumstances, for example the substances to be melted, the melting rate and the temperature of the molten one Metal. So initially so much yttrium is added that the cast metal finally still has an yttrium content of about 0.001 to 1.0 percent by weight.
Die Erfindung soll nun an Hand der folgenden Beispiele näher erläutert werden.The invention will now be explained in more detail with reference to the following examples.
Bei diesem Beispiel werden kleine Stücke aus Tantalmetall in der Form von Drehspänen mit so viel Yttriummetallspänen gemischt, daß sich eine Gesamtkonzentration von 0,05 Gewichtsprozent Yttrium ergibt. Die Mischung aus Tantal und Yttrium wurde dann hydraulisch zu einer verbrauchbaren Bogenelektrode gepreßt. Die Elektrode wurde dann mit einem üblichen Lichtbogenofen im Hochvakuum geschmolzen. Die Leistung wurde durch eine Schweißgeneratorgruppe erzeugt, die 5600 Ampere zu liefern vermochten. Der Schmelztiegel hatte einen Innendurchmesser von etwa 10 cm. Die Tantal-Yttrium-Elektrode wurde mit 30 Volt, 5000 Ampere unter einem Druck von IO-4 bis IO-3 Torr, gemessen im Ofengehäuse, geschmolzen. Der erschmolzene Rohblock enthielt 0,005 Gewichtsprozent Yttrium, Rest Tantal. Der Rohblock aus der Legierung wurde dann bis zu einem Walzgrad von über 90% zu einem 0,5 mm dicken Blech gewalzt. Abschnitte des gewalzten Bleches wurden dann etwa 1 Stunde bei Temperaturen zwischen etwa 1040 bis 2210° C geglüht.In this example, small pieces of tantalum metal in the form of turnings are mixed with enough yttrium metal turnings to give a total concentration of 0.05 percent by weight yttrium. The mixture of tantalum and yttrium was then hydraulically pressed into a consumable arc electrode. The electrode was then melted in a conventional electric arc furnace under high vacuum. The power was generated by a welding generator group capable of delivering 5600 amperes. The crucible had an inside diameter of about 10 cm. The tantalum-yttrium electrode was melted at 30 volts, 5000 amperes under a pressure of IO -4 to IO -3 Torr, measured in the furnace housing. The melted ingot contained 0.005 percent by weight yttrium, the remainder tantalum. The ingot from the alloy was then rolled to a degree of rolling of over 90% into a 0.5 mm thick sheet. Sections of the rolled sheet were then annealed at temperatures between about 1040 to 2210 ° C for about 1 hour.
Die Blechabschnitte wurden dann hinsichtlich ihrer Rekristallisationstemperatur und Korngröße untersucht. Unter Rekristallisationstemperatur wird hier der ungefähre Mindestwert der Temperatur verstanden, bei welcher innerhalb einer Stunde eine vollständige Rekristallisation des kalt verformten Metalls zu neuen gleichachsigen Körnern eintritt. Unter Korngröße wird hier die Anzahl von Körnern verstanden, die durch Vergleich mit einer üblichen ASTM-Korngrößenkarte bei einhunderrfacher Vergrößerung ermittelt wurde. Die Rekristallisationstemperatur betrug bei diesem Beispiel etwa 2040° C, und die Korngröße war ASTM 4 (nach »Dictionary of Metallurgy« von A. D. Merriman, 1958,The sheet metal sections were then examined with regard to their recrystallization temperature and grain size. The recrystallization temperature is understood here to be the approximate minimum value of the temperature, in which a complete recrystallization of the cold-worked metal within one hour enters into new equiaxed grains. Grain size is understood here to mean the number of grains by comparison with a standard ASTM grain size map at a magnification of one hundred was determined. The recrystallization temperature in this example was about 2040 ° C, and the grain size was ASTM 4 (according to "Dictionary of Metallurgy" by A. D. Merriman, 1958,
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