DE1433777B2

DE1433777B2 - Verwendung und Verfahren zur Warmebe handlung einer Eisenlegierung

Info

Publication number: DE1433777B2
Application number: DE19631433777
Authority: DE
Inventors: Xavier Sauvigny les Bois Legendre Pierre Nevers Nievre Wache (Frank reich)
Original assignee: Ste des Forges et Ateliers du Creu sot, Paris
Priority date: 1962-12-14
Filing date: 1963-11-20
Publication date: 1971-01-28
Also published as: FR1350148A; CH430226A; DE1433777A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Verwendung und Durch Versuche konnte festgestellt werden, daß

Verfahren zur Wärmebehandlung einer Eisenlegierung : · ι gewisse Legierungen gegenüber den oben geschilderten für elastische Werkstücke, wie Federn und Druck- austenitischen Legierungen den Vorteil einer wesentmeßkapseln. lieh höheren Elastizitätsgrenze aufweisen, und zwar

Es sind bereits unterschiedliche Legierungen bekannt, 5 gekoppelt mit einem Thermokoeffizienten der Elastiaus denen man Federn mit kleinem Thermokoeffizien- zität von Null oder einem sehr kleinen Wert Derartige ten der Elastizität (geringer Temperaturabhängigkeit Legierungen machen es möglich, sämtliche Forderundes Elastizitätsmoduls) herstellen kann, wie Spiral- gen der Herstellung und Anwendung der in Frage federn für Uhren oder elastische Membranen, wie sie kommenden elastischen Werkstücke zu genügen. Diese bei der Herstellung von Druckmeßkapseln, ζ. B. für ίο Legierungen sind durch das gleichzeitige Vorhanden-Druckmeßgräte, Verwendung finden. sein zweier Phasen, gekennzeichnet, von denen die eine

Unter diesen Legierungen gibt es austenitische Eisen- eine Martensit-Phase mit einem negativen Thermo-Nickel-Chrom-Legierungen, die reich an Nickel und koeffizienten und die andere eine Austenit-Phase deran Chrom sind und deren Elastizitätsgrenze dadurch artiger Zusammensetzung ist, daß ihr Thermokoeferhöht wird, daß man eine Lösung von Härtungs- 15 fizient positiv ist. Durch eine geeignete Wahl der Anelementen bei höherer Temperatur, d. h. oberhalb teile der Martensit- und der Austenit-Phase ist es 750⁰C, mit einer folgenden Kaltverformung kombi- möglich, einen gesamten Thermokoeffizienten der niert und schließlich die Härtungselemente durch einen Elastizität von Null oder einem sehr kleinen Wert zu Anlaßvorgang bei 4C0 bis 500° C oder noch höheren erhalten.
Temperaturen zum Ausfallen bringt. 20 Eine solche Legierung muß außerdem derart ge-

Die härtenden Elemente können entweder Kohlen- wählt werden, daß die Martensit-Phase durch Ausstoff, gegebenenfalls in Verbindung mit Wolfram und fällen von härtenden Elementen während eines Anlaß-Molybdän, oder aber Titan, gegebenenfalls in Ver- Vorganges gehärtet, werden kann und daß gleichzeitig bindung mit Aluminium, sein. der Anlaßvorgang zur Bildung des stabilen Austenits

Diese Legierungen, bei denen die Zusammensetzung 25 mit positivem Thermokoeffizienten der Elastizität führt, der austenitischen Grundstruktur derart eingestellt Es ist nicht mehr neu, daß man durch Anlassen bei

wird, daß sich ein Thermokoeffizient der Elastizität verhältnismäßig niedriger Temperatur in Eisen-Nickelvon Null oder einem sehr kleinen Wert ergibt, gestatten Legierungen, die beispielsweise 9 bis 10 % Nickel entes, Elastizitätsgrenzen (0,2%-Dehnungsgrenzen σ_0ΐ2) halten, das Erscheinen eines gewissen Anteils an von mehr als 100 kg/mm² zu erhalten; bei den meisten 30 Austenit bewirken kann; der auf diese Weise ent-Anwendungsweisen oder Verwendungszwecken muß stehende Austenit hat aber meist nicht einen positiven man aber nicht nur günstige Temperaturkoeffizienten Thermokoeffizienten der Elastizität, wie ihn die ferroder Elastizität erzielen, sondern auch ganz bestimmten magnetischen Austenite zeigen, bei denen sich die zwingenden Herstellungsbedingungen genügen. So »anomale« Umwandlung der reversiblen Ferronickel wird für Spiralfedern von Uhren gefordert, daß die 35 ergibt, welche zu Beginn der thermoelastischen Ano-Form der Feder durch die thermische Anlaßbehandlung malie auftritt. Außerdem kann dieser Austenit nicht ' nicht beeinflußt wird; dieses »Fixieren« der Form ausreichend stabil sein, um einer Umformung in zwingt dazu, eine thermische Behandlung vorzusehen, Martensit zu entgehen, die leicht durch die Kombidie notwendigerweise nicht mit derjenigen thermischen nationswirkung des Anlassens und des nachfolgenden Behandlung übereinstimmt, bei der die Legierung die 40 Abkühlens sowie der Kaltverformung ausgelöst werden maximale Elastizitätsgrenze erhält. Bei Manometer- kann, wenn die Endbehandlung an dem kaltverformten kapseln kann die Schwierigkeit der Tiefziehverfor- Metall vorgenommen wird.

mung dazu führen, daß man nicht mehr die Wirkung Bei der Patentinhaberin durchgeführte Untersuchun-

der Kaltverformung ausnutzen kann und die Elastizi- gen haben ergeben, daß es möglich ist, durch einen tätsgrenze, die dann nur durch eine Folge von ther- 45 Anlaßvorgang einen Anteil an stabilem, ferromagnetimischen Behandlungen beeinflußt wird, zu niedrig liegt. schem Austenit mit positiven Thermokoeffizienten der

Zusammenfassend läßt sich sagen, daß die Not- Elastizität auftreten zu lassen, und zwar bei wenig wendigkeit, einen Kompromiß zwischen den teilweise Kohlenstoff enthaltenden, an sich nicht mehr neuen gegensätzlichen Bedingungen eingehen zu müssen, dazu Legierungen auf der Basis von Eisen, die als wesentf ührt, daß man in dem Verwendungszustand des Pro- 50 liehe Legierungskomponenten Nickel, Kobalt, Molybduktes nur eine Elastizitätsgrenze erhält, die nicht dän, Titan und gegebenenfalls in geringen Mengen höher als 60 bis 70 kg/mm² liegt. Trotz des an sich Aluminium, Bor, Zirkon sowie desoxydierend wirverhältnismäßig hohen Wertes der Elastizitätsgrenze kende Elemente (Mn, Si, Ca ...) enthalten,
bei der erwähnten Art von Legierungen wird eine Gegenstand der Erfindung ist daher die Verwendung

Elastizitätsgrenze in dieser Größenordnung häufig als 55 einer Eisenlegierung bestehend aus
ungenügend angesehen. Außerdem können diese Legte- q ^q q, J^₀ 4 5/5 5

rungen mit einer Härtung in austenitischer Phase Anlaß -ktj ^17/19 Ti 0 2107

zu Unregelmäßigkeiten der Form des Produktes geben, Co""'' 6 5/9 5 Fe Rest'

insbesondere dann, wenn das Bemühen um die Er-

höhung ihrer Elastizitätsgrenze dazu führt, den Anteil 60 und gegebenenfalls mit einem Gehalt von 0 bis 0,15 Ge-

der härtend wirkenden Elemente zu erhöhen. wichtsprozent Aluminium, 0 bis 0,10 Gewichtsprozent

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Bor, 0 bis 0,25 Gewichtsprozent Zirkon und Desoxyeine Eisenlegierung und ihre Wärmebehandlung anzu- dantien, wie 0 bis 0,20 Gewichtsprozent Mangan, 0 bis geben, die eine wesentlich höhere Elastizitätsgrenze 0,20 Gewichtsprozent Silizium und 0 bis 0,20 Gewichtsund gleichzeitig einen Thermokoeffizienten der Elasti- 65 prozent Kalzium, in einer maximalen Gesamtmenge zität von Null oder einem sehr kleinen Wert aufweist, von 0,30 Gewichtsprozent zur Herstellung von Werkwobei die daraus hergestellten Werkstücke möglichst stücken, wie Federn und Druckmeßkapseln, deren auch sehr formbeständig sein sollen. thermoelastischer Koeffizient annähernd gleich Null ist.

Eine solche Legierung hat sehr hoch liegende Werte für die Elastizitätsgrenze und die Bruchdehnung, die man nach einem Glühen bei 150° C und einem darauffolgenden Anlassen bei 480°C erzielen kann:

Proportional-Elasti- ..;-·■-

zitätsgrenze 140 bis 160 kg/mm² -

0,2°/o-Dehnungs- ;

grenze σ₀₂ ..... 175 bis 200_:kg/mm²

Zugfestigkeit 180 bis 205 kg/mm²

Bruchdehnung ...:... 10 bis 12°/₀

Einschnürung 48 bis 58%

Diese hervorragenden Eigenschaften wurden von den Herstellern dieser Legierung darauf zurückgeführt, daß nach dem Glühen bei 815° C und Abkühlen bis auf die Umgebungstemperatur sich die Legierung in dem Martensit-Zustand befinde und praktisch keinen Austenit enthalte, und daß der geringe Kohlenstoffgehalt dem Martensit eine besonders gute plastische Verformbarkeit verleihe. Durch ein Anlassen während einiger Minuten bis zu einigen Stunden soll in dem Martensit eine Ausfällung einer regulären Phase Fe₂CoNi erfolgen, welche die Ursache einer bedeutenden Härtung sei. Es wurde ferner angenommen, daß das Anlassen bei 480⁰C nicht zur Bildung von Austenit führe, was nach Ansicht der Hersteller einen besonderen Vorteil darstelle, da dadurch Volumenänderungen beim Anlaßvorgang, die mit der <χ-γ- Um Wandlung verbunden sind, vermieden werden.

Demgegenüber haben bei der Patentinhaberin durchgeführte Untersuchungen der Vorgänge beim Anlassen einer derartigen Legierung, die unter Anwendung von Ausdehnungs- und thermomagnetischen Verfahren, der Bestimmung des Widerstandes und der Sättigungsinduktion sowie unter Benutzung von Röntgenstrahlen durchgeführt wurden, ergeben, daß das Anlassen — im Anschluß an eine Glühbehandlung bei 815 bis 825°C mit anschließender Luftkühlung—unabhängig von der Härtung der Martensit-Phase zu einer bereits bei einer Anlaßtemperatur von 450° C einsetzenden stetigen Entwicklung oder Ausbildung einer Austenit-Phase führt. Gewisse Anzeichen, die sich aus der Änderung der Magnetostriktion mit der Anlaßtemperatur ergeben, lassen sogar vermuten, daß die Bildung des Austenits gegebenenfalls schon bei Anlaßtemperaturen von 400⁰C beginnt. Die Sättigungsinduktion des dabei gebildeten Austenits, der an sich ferromagnetisch ist, liegt unterhalb der Sättigungs- - induktion des Martensits, so daß der Wert für die insv gesamt zu messende Sättigungsinduktion der Legierung benutzt werden kann, um den Anteil an Austenit zu bestimmen, der sich beim Anlaßvorging gebildet hat. Der Curiepunkt dieses Austenits nimmt normalerweise von 330° C bis in den Bereich von 40 bis 50° C ab,

■ und zwar in dem Maße, wie die Anlaßtemperatur

.- zwischen 480 und 650° C geändert wird. Der so ge-—bildete Austenit ist stabil und zersetzt sich nicht bzw.

ίο wandelt sich nicht um, wenn die Legierung bis auf die , Umgebungstemperatur abgekühlt wird. Dieser Austenit bleibt selbst nach einer mehrstündigen Aufbewahrung '.. der Legierung bei der Temperatur des flüssigen Stickstoffs stabil. ..:■■ ; . ; . ".^:"

Von einer Anlaßtemperatur von 670° C ab wird der gebildete Austenit unstabil, und er zersetzt sich od5r wandelt sich während der Abkühlung bei etwa 40° C um, wenn die Anlaßtemperatur .700⁰C odir mehr beträgt. Eine vollständige Umwandlung in Austenit läßt sich bei Anlaßtemperaturen von 780°C erzielen. Im Bereich der Anlaßtemperaturen zwischen 480 und 650⁰C beobachtet man also die Ausbildung eines stabilen ferromagnetischen Austenits, dessen Zusammensetzung und physikalische Eigenschaften mit der Temperatur und der Anlaßdauer stetig veränderlich sind. Die obengenannten Zahlenwerte wurden nach Anlaßvorgängen von 7 Stunden Dauer erhalten. Bei wesentlich kürzeren Anlaßzeiten ist es möglich, die Stabilität des gebildeten Austenits nach Anlaßtemperaturen bis zu 700⁰C zu erhalten.

Die folgenden Meßergebnisse, die mit einer Legierung der folgenden Zusammensetzung

Si .,
S .
P .

Mn

Ni .

0,005
0,09
0,016
0,015
0,09
18,55

Co .,

Mo;,

Ti ·.

AL.
Fe .

9,05 4,95 0,57 0,12 Rest

erhalten wurden, zeigen, daß man den Thermokoeffi-

1 dE
zienten der Elastizität C = -=■ · -7-=· (wobei E der

Elastizitätsmodul und T die Versuchstemperatur ist), der zwischen der Umgebungstemperatur und den Temperaturen von 100 oder 150°C gemessen wird, durch geeignete Wahl der Anlaßtemperatur auf einen sehr kleinen Wert herunterdrücken kann; bei den Versuchen betrug die Anlaßdauer jeweils 3 Stunden.

Zustand

0,2 ⁰Ar Dehnungs grenze	Temperaturkoeffiz« 1 £Ίοο — E_w	;nten	der Elastizität 1 £150 — Έ20
kg/mm²	E₂₀ 100° - 20°		E20 150° - 20°
200	-212· 10-^e/°C		-217 · 10-°/°C
155	-.—172		-255
138	-36		-33
125	0		-44
110	-52		-58

TH 815° C (20 Minuten) + Anlassen 3 Stunden

48O⁰C

TH 815° C (20 Minuten) + Anlässen 3 Stunden

570°C

TH 815° C (20 Minuten) + Anlassen 3 Stunden

600°C

TH 815° C (20 Minuten) + Anlassen 3 Stunden

620⁰C

TH 815°C (20 Minuten) + Anlassen 3 Stunden

650°C ;

Die wunschgemäße Einstellung des Temperaturkoeffizienten der Elastizität durch entsprechende Wahl der Anlaßtemperatur bleibt auch dann möglich, wenn zwischen der Glühbehandlung bei 815° C und dem Anlassen eine Kaltverformung durch Kaltwalzen oder Ziehen durchgeführt wird; dies zeigen die folgenden

Meßergebnisse, die an dem Material gleicher Zusammensetzung, aber mit einer solchen eingeschalteten Kaltverformung durch Kaltwalzen durchgeführt wurden, bei dem eine relative Verringerung der Dicke um 84 °/o erzielt

d ' ''■" ■ " " ί^^άφ^

Zustand

0,2%- Dehnungs-	Temperaturkoeffizienten	•	der Elastizität
:-grenze	"■1 ίΊοο¹"—£jo		1 -' Eat — -Ε»
kg/mm²	E₂₀ 100° -20°		E_n 150°-20°
225	-160 -IQtV⁰C		-234 · 10-«/° C
205	.-.. ..:■.,■ -18 .	- --11
190 ..'.	·.-:--.;: -72	. -43

TH 815° C (20 Minuten) + Kaltverformung
: 84% + Anlassen 3 Stunden 520⁰C ...
IH 815°C (20 Minuten) + Kaltverformung

84% + Anlassen 3 Stunden 550⁰C .·....
TH 815° C (20 Minuten) + Kaltverformung

.84% + Anlassen. 3 Stunden 580° C :....

• Das Einschalten einer Kaltverformung zwischen die Behandlung bei hoher Temperatur und das Anlassen bringt mehrere Vorteile mit sich:

Zunächst wird die Kurve, welche die Änderung des Temperaturkoeffizienten der Elastizität in Abhängigkeit von der Anlaßtemperatur wiedergibt, durch die Kaltverformung in der Richtung auf niedrigere Anlaßtemperaturen verschoben. Die Fig. 1 zeigt diese Kurve; auf der Abszisse sind die Temperaturen bei dem über drei Stunden erstreckten Anlaßvorgang und in Richtung der Ordinate sind die gemessenen Temperatürkoeffizienten C aufgetragen. Die mit voller Linie dargestellte Kurve entspricht einem Legierungsmaterial, das bei 815° C geglüht, abgekühlt und dann angelassen wurde, während die gestrichelte Kurve sich auf das Legierungsmaterial bezieht, das zwischen dem Glühen bei 815⁰C und dem Anlassen einer weitgehenden Kaltverformung unterworfen war.

Die. Verschiebung der Kurve entsprechend der Fig,'! .macht es möglich, die Vorteile einer weitgehenden Kaltverformung mit dem Vorteil einer noch recht erheblichen Härtung der Martensit-Phase. zu kombinieren. Es sei insbesondere darauf hingewiesen, daß nach einer weitgehenden Kaltverformung und einem folgenden .Anlassen bei 550⁰C der niedrige Temperaturkoeffizient von —18 · 10-⁶/°C zwischen 20 und l00°C mit einer 0,2%-Drehgrenzevon205 kg/mm² kornbiniert ist, also einem Dehngrenzenwert, der ganz wesentlich höher liegt als diejenigen Werte, welche sich bei Austeniten mit struktureller Härtung erreichen ■lassen. ..'; -

- Ganz allgemein kann gesagt werden: Die thermische Behandlung zur gewünschten Einstellung des Temperaturkoeffizienten der. Elastizität kann bei einer Legierung, -die zunächst bei einer Temperatur oberhalb 750° C geglüht und abgekühlt wurde, in einem Anlassen zwischen 500_und 670° C für die Dauer von 1 bis 10 Stunden bestehen; wenn jedoch eine solche Legierung nach dem Glühen einer weitgehenden Kaltverformung ausgesetzt wird, beispielsweise durch Walzen oder Ziehen mit einem.Verformungsfaktor bis zu 99,9%, kann die Anlaßtemperatur bei dem höchsten Verformungsgrad bis auf 450° C herabgesetzt werden. Das Niveau des Wertes der" Dehnungsgrenze ändert sich dabei in Abhängigkeit von der Anlaßtemperatur nach einem bekannten Gesetz; d. h. eine Erhöhung der Anlaßtemperatur über 450 oder 48O⁰C setzt die Dehnungsgrenze herab. In allen Fällen jedoch bleibt der erreichte Wejt der Dehnungsgrenze viel höher als derjenige, bis auf den sich diejenigen Legierungen mit kleinem Temperaturkoeffizienten der Elastizität bringen lassen, die bisher verwendet worden sind.

Die Ausbildung eines stabilen Austenits während des Anlaßvorganges und die sich dadurch ergebenden Änderungen der mechanischen Eigenschaften derLegie-

ao rung sind besonders interessant für die am weitesten verbreiteten Anwendungsweisen dieser Legierungen zur Herstellung von Federn mit kleinem Temperaturkoeffizienten der Elastizität, hoher Elastizitätsgrenze und hoher Dauerbruchfestigkeit, also Anwendungen, bei denen die Legierung bestimmten, durch die Fabrikation gegebenen Bedingungen genügen müssen.

So muß beispielsweise bei der Herstellung von Spiralfedern für Uhren das »Fixieren« der Form der Feder so vollkommen wie möglich sein.

Man bestimmt im Versuchslaboratorium den Kennwert des »Fixierens« der Form in folgender Weise: Ein aus einem Blech entnommenes Federband wird aufgewickelt und in einem Ring festgelegt, dessen innerer Durchmesser Φ_ο ist; die Feder befindet sich dann unter Spannung und wird in dem Ring dem Anlaßvorgang unterworfen. Nach Beendigung dieses Anlaßvorganges behält die aus dem Ring herausgenommene Feder eine Kreisform bei, für die der Durchmesser Φ/ gemessen wird. Der Formfixierungswert wird als Verhältnis der Durchmesser Φ/ zu Φ_ο definiert. Ein vollkommenes »Fixieren« würde einem Verhältniswert von 1 entsprechen; in der Praxis besteht bei den Fachleuten die Ansicht, daß die erzielte Fixierung auf dem Gebiet der Herstellung von Spiralfedern für Uhren den Anforderungen genügt, wenn der Verhältniswert nicht größer

als 1,03 ist. '

^: Die Fig. 2 zeigt die Kurve der Änderung des »Fixierungsverhältnisses« Φ/ zu Φ_ο in Abhängigkeit

von der Temperatur beim Anlassen, das sich an eine Kaltverformung von 84% anschließt. Sie wurde für ein Blech mit der Dicke von 0,10 mm erhalten, das vor dem Anlassen einer Kaltverformung um 84% unterworfen war. Diese Kurve zeigt, daß der Wert des Fixierungsverhältnisses von 1,03 bei einer Anlaßtem-

peratur von 560 bis 570⁰C erreicht wird, d. h. einem Anlaßtemperaturwert, der praktisch mit demjenigen Temperaturwert zusammenfällt, bei dem sich ein sehr kleiner Temperaturkoeffizient der Elastizität bei dieser Legierung einstellt (vgl. F i g. 1, die gestrichelte Kurve);

Mehrere Versuche, die an Bewegungsantrieben von Uhren durchgeführt wurden, welche mit Spiralfedern für 1,32 CGS-Einheiten versehen waren, haben ergeben, daß der Temperaturkoeffizient zwischen 4 und 36⁰C zu einer Gangänderung von —3,45 Sekunden je ⁰C und Tag führte. Gewisse weitere übliche Messungen, ;die an diesen Federn durchgeführt wurden, bestätigten, daß die erfindungsgemäße Lösung für die Praxis sehr "interessant ist. So ist der »Sekundenfehler« nur

7 8

sehr klein und der Gangunterschied, der sich ergibt, und 700⁰C sein kann, das über eine Zeit zwischen 1 : wenn man das Uhrwerk aus einer flach liegenden Lage und 5 Stunden ausgedehnt wird. Diese Anlaßbehand- ; in eine senkrechte oder aufgehängte Lage bringt, d. h. lung wirkt sich gleichzeitig in der Erzielung eines ein Versuch, der die Abhängigkeit der Ausrichtung der kleinen Temperaturkoeffizienten der Elastizität aus, Uhr auf ihren Gang zeigen soll, ist nur —1,75 Sekunden 5 der durch den während der Dauer des Haltens der j je ⁰C und Tag. ..:. V Anlaßtemperatur zwischen 600 und 700⁰C gebildeten Schließlich ist es bei der Herstellung von Spiralfedern Austenit bedingt ist. Die 0,2°/₀-Dehnungsgrenze liegt j aus weitgehend kaltverformtem Metall nach dem erfin- dann für ein vorher weitgehend kaltverformtes dünnes j dungsgemäßen Verfahren von Vorteil, daß man in dem Blech mit einer Dicke von 0,10 mm in der Größenabschließenden Herstellungsschritt !verhältnismäßig 10 Ordnung von 80 bis 90 kg/mm². " : :.;■
niedrige Temperaturen anwenden und so die Gefahr Es wurde bei den Versuchen jedoch noch weiterhin j eines »Klebens« der Spiralfederwindungen aneinander festgestellt, daß eine zweite Anlaßbehandlung, die bei j ausschließen kann, eine Gefahr, die bei gewissen erheblich niedrigerer Temperatur, nämlich zwischen austenitischen Legierungen auftritt, bei denen hohe 400 und 600⁰C, durchgeführt wird, eine wesentliche Anlaßtemperaturen angewendet werden müssen, die 15 Härtung in Martensit-Phase mit sich bringen kann, beispielsweise oberhalb 670 bis 700° C liegen. dank der härtend wirkenden Elemente, von denen ein .-Bei gewissen elastischen oder federnden Werk- Anteil währendder ersten Wärmebehandlung in Lösung j stücken ist es unbedingt notwendig, daß die zur Her- gebracht und in Lösung gehalten wurde, und daß diese stellung verwendete Legierung die durchzuführenden Härtung ohne Anwendung besonders hoher Abkühl-Drück-, Zieh- und Biegebeanspruchungen aushält, die 20 geschwindigkeiten eintritt. So hat beispielsweise nach j bei der Formgebung auftreten. Wenn die Drück- oder einem weiteren Anlassen von 3 Stunden bei 480° C, das L^ Ziehverformung mäßig ist, wie dies für gewisse »Form- auf ein erstes Anlassen von 3 Stunden bei 670° C folgte, [Ί federn« zutrifft, kann das kaltverformte und dadurch die 0,2°/₀-Dehngrenze einen Wert von 190kg/mm² gehärtete Metall für eine derartige Formgebung geeig- erreicht. Dieses zweite Anlassen beeinflußt nicht den net sein. Im allgemeinen jedoch — und insbesondere 25 Wert des Temperaturkoeffizienten der Elastizität, der bei der Herstellung von Druckmeßkapseln — muß lediglich von der während des ersten Anlassens gebildie plastische Verformung des Metalls, das im Zustand deten Menge an stabilem Austenit abhängt,
eines dünnen Bleches vorliegt, relativ groß sein. Im Aus den oben geschilderten Versuchsergebnissen Laboratoriumsversuch wird vorzugsweise zur Beur- und Folgerungen ergibt sich, daß ein Verfahren zur teilung der Verformbarkeit des Materials durch 30 Herstellung elastischer oder federnden Werkstücke, Drücken oder Tiefziehen der Erichsen-Versuch durch- insbesondere geformter Federn oder Druckmeßkapseln geführt, der darin besteht, daß man ein dünnes Blech, mit kleinem Temperaturkoeffizienten der Elastizität, welches von zylindrischen Spannbacken mit einem entweder einen einzigen Anlaßvorgang umfassen kann, Innendurchmesser von 27 mm festgehalten wird, der bei Temperaturen zwischen 450 und 670° C nach mittels einer in das Blech hineingedrückten Kugel mit 35 einem vorangegangenen Glühvorgang oder einer KaIteinem Durchmesser von 20 mm verformt und die verformung durchgeführt wird, wenn die zur Form-Eindrücktiefe der Kugel vor dem Bruch oder Ein- gebung der Werkstücke notwendige plastische Verreißen des Prüfstückes mißt. So ist beispielsweise bei formung gering ist, oder einen zweifachen Anlaßvoreinem dünnen Blech mit 0,10 mm Dicke ein Reißen gang, wenn die plastische Verformung groß sein muß, bei einer normalen Verformung nicht zu befürchten, 40 wobei im zweiten Falle der erste Anlaßvorgang wenn die Eindrücktiefe, die bei dem Erichsen-Versuch zwischen 600 und 700⁰C durchgeführt wird, die angemessen wird, größer oder gleich 6 mm ist. Bei einem schließende Formgebung erleichtert und gleichzeitig kaltverformten dünnen Blech von 0,10 mm Dicke, bei einen kleinen Temperaturkoeffizienten der Elastizität dem die Metallzusammensetzung der erfindungsge- ergibt, während man durch den zweiten Anlaßvorgang mäßen Zusammensetzung entsprach, wurde eine 45 eine Härtung oder Vergütung erhält,
größte Eindrück- bzw. Ziehtiefe von 2,8 bis 2,9 mm Bei den durchgeführten Versuchen konnte schließlich gemessen. Wenn man — ohne Anwendung einer festgestellt werden, daß man die mit der Bildung von Zwischen-Kaltverformung — das Metall bei 810 bis stabilem Austenit verbundenen Vorgänge ausnutzen 83O°C glüht, um einen möglichst weitgehenden »wei- kann, um Antriebsfedern für Uhren oder Meßgeräte Chen« Zustand zu erhalten, der sich im Zugversuch 50 herzustellen, bei denen es vorteilhaft ist, wenn ein durch erheblich höhere Bruchdehnungs- und Ein- Temperaturkoeffizient der Elastizität erzielt wird, schnürungswerte kennzeichnet, so erreicht man eine welcher — ohne den Wert Null zu erreichen — relativ größte Eindrück- bzw. Ziehtiefe von 3,9 mm. Die klein bleibt. Zu diesem Zweck stellt man zunächst Zieh-Verformbarkeit ist also nur in einem relativ durch Kaltwalzen einer starken Verformung bzw. geringen Maße gewachsen ,und die Gefahr des Reißens 55 Reckung unterworfene dünne Bleche her.
beim endgültigen Verformungsvorgang ist nicht be- Es hat sich bestätigt, daß dieses kaltverformte Feinseitigt. · "" "■ blechmaterial für die Bearbeitungs- und Formungs-Demgegenüber wurde festgestellt, daß es möglich ist, vorgänge bei der Herstellung von federnden Bauteilen die Bildung von stabilem Austenit beim Anlaßvorgang durchaus geeignet ist.

auszunutzen, um die Tiefziehfestigkeit des Materials 60 Bei Federn mit einer Länge von 290 mm, einer Breite

zu verbessern. So führt ein dreistündiges Anlassen des von 1,6 mm und einer Banddicke von 0,100 bis

oben bereits erwähnten dünnen Bleches bei 670⁰C, bei 0,105 mm liegt der Temperaturkoeffizient der Elasti-

dem sich ein erheblicher Anteil an Austenit bildet, zu zität nach einem dreistündigen Anlassen bei 500° C

einer im Erichsen-Verfahren erzielbaren Zieh- oder im Bereich der Umgebungstemperatur zwischen —120

Eindrücktiefe von 6,5 mm. 65 und —140 · 10-^e/°C Ein derartiger Koeffizient stellt

Ganz allgemein läßt sich sagen, daß entsprechend einen wesentlich kleineren Absolutwert dar als diejeni-

der jeweils gewünschten Tiefzieh-Verformbarkeit die gen Werte, die man mit den normalerweise verwendeten

thermische Behandlung ein Anlassen zwischen 600 Stählen oder Legierungen erreichen kann.

Die von den Federn abgegebenen Drehmomente wurden für zwei unterschiedliche Prozentzahlen der zunächst durchgeführten Kaltverformung ermittelt und mit entsprechenden Werten von »unzerbrechlichen« Federn verglichen, die aus austenitischen Legierungen bester Qualität hergestellt waren.

Die Ergebnisse sind in der folgenden Zusammenstellung zusammengefaßt, in der Lr die bekannte Legierung höchster Qualität, L_ao die erfindungsgemäße Legierung nach 90 % Kaltverformung und L_9S die erfindungsgemäße Legierung nach 98% Kaltverformung bedeuten und in der ferner mit Md_a das Anfangsdrehmoment der vollkommen aufgezogenen Feder, Md₃^ das Drehmoment nach einem Ablauf der Feder um 3,5 Umdrehungen und schließlich Md₄, das Drehmoment der Feder nach vier vollständigen Umdrehungen bezeichnen.

20

Federmaterial	Drehmomente	88 g · cm 68 g · cm 62 g · cm
Lr	Mda Md₃₁₅ Md_t	68 g · cm 52 g · cm 46 g · cm
•^90	Mda Md_3t5 Md_t	89 g · cm 69 g · cm 62 g · cm
-£■98	Mda . Md_3t5 Md₁

Aus diesen Versuchen läßt sich entnehmen, daß die erfindungsgemäße Verwendung einer um 98°/₀ kaltverformten Legierung für die Herstellung von Antriebsfedern für Uhren oder Meßgeräte es möglich macht, auch in bezug auf die der von den Federn abgegebenen Drehmomente Gesamtergebnisse zu erzielen, die denjenigen Ergebnissen zumindest gleichwertig sind, die man mit einer bekannten austenitischen Legierung bester Qualität erzielen kann.

Das gleichzeitige Erzielen eines relativ kleinen Temperaturkoeffizienten der Elastizität einerseits und hoher Drehmomente der Federn andererseits setzt voraus, daß die Legierung eine sehr starke Kaltverformung, stets oberhalb 95 °/o und gegebenenfalls bis zu 99°/₀, durchgemacht hat, und die Anlaß-Wärmebehandlung bei Temperaturen zwischen 450 und 600° C während einer Einwirkungsdauer zwischen 1 und 10 Stunden durchgeführt wird. . .

In allen diesen Fällen halten die Federn mehr als 3000 Aufzüge und Abläufe ohne Bruch oder Änderung der anfänglich vorhandenen Drehmomente aus.

Claims

Patentansprüche:

1. Verwendung einer Eisenlegierung, bestehend

aus ■ :

C .. ^ 0,03 Mo 4,5/5,5

Ni.. 17/19 Ti 0,2/0,7

Co 6,5/9,5. Fe.. Rest

und gegebenenfalls mit einem Gehalt von 0 bis 0,15 Gewichtsprozent Aluminium, 0 bis 0,10 Gewichtsprozent Bor, 0 bis 0,25 Gewichtsprozent Zirkonium und Desoxydantien, wie 0 bis 0,20 Gewichtsprozent Mangan, 0 bis 0,20 Gewichtsprozent Silizium und 0 bis 0,20 Gewichtsprozent Kalzium, in einer maximalen Gesamtmenge von 0,30 Gewichtsprozent, zur Herstellung von Werkstücken, wie Federn und Druckmeßkapseln, deren thermoelastischer Koeffizient annähernd gleich Null ist.

2. Verfahren zur Wärmebehandlung einer Eisenlegierung, bestehend aus 0,005% Kohlenstoff, 0,09% Silizium, 0,016% Schwefel, 0,015% Phosphor, 0,09 % Mangan, 18,55% Nickel, 9,05% Kobalt, 4,95% Molybdän, 0,57% Titan, 0,12% Aluminium und Rest Eisen für die Verwendung nach Anspruch 1, bei dem die Legierung bei einer Temperatur oberhalb 75O⁰C geglüht und darauffolgend bei einer Temperatur zwischen 450 und 670° C angelassen wird, dadurch gekennzeichnet, daß man die Legierung zur Einstellung des Austenitanteils im Gefüge zwecks teilweiser oder ganzer Kompensation des negativen thermoelastischen Koeffizienten der Martensit-Phase .durch den positiven thermoelastischen Koeffizienten des Auster nitanteils nach 20minutigem Glühen bei 815° C um 84 % kaltverformt und 3 Stunden bei 520 bis 580° C anläßt.

3. Verfahren zur Wärmebehandlung einer Eisenlegierung, bestehend aus 0,005% Kohlenstoff, 0,09% Silizium, 0,016% Schwefel, 0,015% Phosphor, 0,09% Mangan, 18,55% Nickel, 9,05% Kobalt, 4,95% Molybdän, 0,57% Titan, 0,12% Aluminium und Rest Eisen, für die Verwendung nach Anspruch 1, bei dem die Legierung bei einer Temperatur oberhalb 750° C geglüht und darauffolgend bei einer Temperatur zwischen 450 und 670° C angelassen wird, dadurch gekennzeichnet, daß man die Legierung zur Einstellung des Austenitanteils im Gefüge zwecks teilweiser oder ganzer Kompensation des negativen thermoelastischen Koeffizienten der Martensit-Phase durch den positiven thermoelastischen Koeffizienten des Austenitanteils nach 20minutigem Glühen bei 815° C um 90% kaltverformt und 3 Stunden bei 500° C anläßt.

4. Verfahren zur Wärmebehandlung einer Eisenlegierung, bestehend aus 0,005 % Kohlenstoff, 0,09% Silizium, 0,016% Schwefel, 0,015% Phosphor, 0,09% Mangan, 18,55% Nickel, 9,05% Kobalt, 4,95% Molybdän, 0,57% Titan, 0,12% Aluminium und Rest Eisen, für die Verwendung nach Anspruch 1, bei dem die Legierung bei einer Temperatur oberhalb 750° C geglüht und darauffolgend bei einer Temperatur zwischen 450 und 670° C angelassen wird, dadurch gekennzeichnet, daß man die Legierung zur Einstellung des Austenitanteils im Gefüge zwecks teilweiser oder ganzer Kompensation des negativen thermoelastischen Koeffizienten der Martensit-Phase durch den positiven thermoelastischen Koeffizienten des Austenitanteils nach 20minutigem Glühen bei 815°C um 98 % kaltverformt und 3 Stunden bei 500° C anläßt.

5. Verfahren zur Wärmebehandlung einer Eisenlegierung, bestehend aus 0,005% Kohlenstoff, 0,09% Silizium, 0,016% Schwefel, 0,015% Phosphor, 0,09% Mangan, 18,55% Nickel, 9,05% Kobalt, 4,95% Molybdän, 0,57% Titan, 0,12% Aluminium und Rest Eisen, für die Verwendung nach Anspruch 1, bei dem die Legierung bei einer Temperatur oberhalb 750° C geglüht und darauffolgend bei einer Temperatur zwischen 450 und 670⁰C angelassen wird, dadurch gekennzeichnet, daß man die Legierung zur Einstellung des Austenitanteils im Gefüge zwecks teilweiser oder ganzer Kompensation des negativen thermoelastischen

Koeffizienten der Martensit-Phase durch den positiven thermoelastischen Koeffizienten des Austenitanteils nach 20minutigem Glühen bei 815° C 3 Stunden bei 670° C anläßt, in einem zur Herstellung von Druckmeßkapseln üblichen weitgehenden Maß kaltverformt und 3 Stunden bei 480° C anläßt.

6. Verfahren zur Wärmebehandlung einer Eisenlegierung, bestehend aus 0,005 °/₀ Kohlenstoff, 0,09 % Silizium, 0,016 °/₀ Schwefel, 0,015 % Phosphor, 0,09 % Mangan, 18,55% Nickel, 9,05% Kobalt, 4,95 % Molybdän, 0,57% Titan, 0,12 % Aluminium und Rest Eisen, für die Verwendung nach Anspruch 1, bei dem die Legierung bei einer Temperatur oberhalb 75O⁰C geglüht und darauffolgend bei einer Temperatur zwischen 450 und 67O⁰C angelassen wird, dadurch gekennzeichnet, daß man die Legierung zur Einstellung des Austenitanteils im Gefüge zwecks teilweiser oder ganzer Kompensation des negativen thermoelastischen Koeffizienten der Martensit-Phase durch den posi-

tiven thennoelastischen Koeffizienten des Austenitanteils nach 20minutigem Glühen bei 815°C ohne Kaltverformung 3 Stundenbei 480 bis 650° C anläßt.

7. Verfahren zur Wärmebehandlung einer Eisenlegierung, bestehend aus 0,005 % Kohlenstoff, 0,09% Silizium, 0,016% Schwefel, 0,015% Phosphor, 0,09% Mangan, 18,55% Nickel, 9,05 % Kobalt, 4,95% Molybdän, 0,57% Titan, 0,12 % Aluminium und Rest Eisen, für die Verwendung nach Anspruch 1, bei dem die Legierung bei einer Temperatur oberhalb 750⁰C geglüht und darauffolgend bei einer Temperatur zwischen 450 und 670⁰C angelassen wird, dadurch gekennzeichnet, daß man die Legierung zur Einstellung des Austenitanteils im Gefüge zwecks teilweiser oder ganzer Kompensation des negativen thermoelastischen Koeffizienten der Martensit-Phase durch den positiven thermoelastischen Koeffizienten des Austenitanteils nach 20minutigem Glühen bei 815° C 3 Stunden bei 670⁰C anläßt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen