DE1533172B2 - Aushärtbare Nickel-Beryllium-Legierung und Verfahren zur Wärmebehandlung derselben - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft aushärtbare Nickel-Beryllium-Legierungen, die leicht durch übliche Arbeitsweisen bearbeitet, insbesondere spanabhebend bearbeitet werden können, sowie ein Verfahren zur Wärmebehandlung derselben.

Durch die erfindungsgemäß bevorzugte Wärmebehandlung werden hohe Zugfestigkeit und Härte erzielt.

■Kommerzielle, berylliumhaltige Legierungen auf der Basis von Nickel werden dort verbreitet verwendet, wo ein Material mit hoher Festigkeit und Härte, Oxidations- und Korrosionsfestigkeit, guter Wärmeleitfähigkeit und guter Verschleißfestigkeit sowohl bei Zimmertemperatur als auch bei erhöhten Temperaturen erforderlich ist. Erzeugnisse aus diesen Legierungen werden im allgemeinen durch Gießarbeitsweisen gebildet. Gußkörper werden gewöhnlich abgeblasen, auf die gewünschte Form bearbeitet und dann wärmebehandelt, um einen hohen Grad an Festigkeit und Härte auszubilden.

Bei solchen Anwendungen sind im allgemeinen verschiedene Bearbeitungsgänge erforderlich. Da jedoch aus solchen kommerziellen Legierungen gebildete Erzeugnisse schwierig zu bearbeiten sind, sind die Anwendungsmöglichkeiten dieser Legierungen sehr beschränkt.

Aus der deutschen Patentschrift 834 911 sind Nickel-Beryllium-Legierungen bekannt, die unter anderem aus je 0,02 bis 2% Magnesium und/oder Beryllium und/oder Cer und/oder Calcium und Rest Nickel bestehen. Diese bekannten Legierungen enthalten jedoch keinen Kohlenstoff, der ein Charakteristikum der erfindungsgemäßen Legierungen ist und, wie weiter unten ausgeführt, die Bearbeitbarkeit der Legierungen unter gewissen Voraussetzungen verbessert.

Ein Wärmebehandlungsverfahren zur Verbesserung der physikalisch-mechanischen Eigenschaften von Nickel-Beryllium-Legierungen ist aus der USA.-Patentschrift 2 289 566 bekannt. Die dort behandelten Legierungen unterscheiden sich aber wesentlich von den erfindungsgemäßen Legierungen, beispielsweise durch das Fehlen von Kohlenstoff.

Die Erfindung bezweckt daher die Bereitstellung von aushärtbaren Nickel-Beryllium-Legierungen, die leicht in üblicher Weise bearbeitet werden können und die dabei Zugfestigkeit, Härte und andere Eigenschaften aufweisen, die denjenigen von im Handel erhältlichen Legierungen von etwa dem gleichen Nickel- und Berylliumgehalt vergleichbar sind.

Erfindungsgemäß sollen außerdem Zugfestigkeit und Härte solcher Legierungen durch eine Wärmebehandlung verbessert werden.

Gegenstand der Erfindung sind nun eine aushärtbare Nickel-Beryllium-Legierung, bestehend aus 0,90 bis 3,0% Beryllium, 0,35 bis 1,30% Kohlenstoff, 0,05 bis 1,35%" Magnesium oder Calcium oder Cer und Rest Nickel mit den üblichen herstellungsbedingten Verunreinigungen, sowie ein Verfahren zur Wärmebehandlung dieser Legierung, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Legierung bei 1065⁰C lösungsgeglüht, danach abgeschreckt und schließlich bei 480 bis 540° C ausgehärtet wird.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird in dem erfindungsgemäßen Zusammensetzungsbereich die Bildung von Kugelgraphit in einer Schmelze der Legierung bewirkt. Aus der Schmelze gebildete Legierungskörper werden bei 1065⁰C so lange lösungsgeglüht, bis das Beryllium in fester Lösung mit der Nickelmatrix vorliegt.
Die folgenden Beispiele veranschaulichen die Legierungen der Erfindung.

	Beryllium ....	Breiter	bis	tereich	Bevorzugter Bereich	Legierung	Legierung	Nr.	1	2,25%	2,25%
50	Kohlenstoff...		bis	Legierung	3,0%	3,0%	2,00	bis	0,75%	0,75%
	Magnesium...	1,0	bis	3,0%	1,30%	1,30%	0,50	bis	bis 0,50%	0,30%
	Nickel	0,35	1,30%	0.50%	0.20%	0,15
		0,10	1,35%	Rest	Rest		2
	Beryllium ....		Rest			Nr.	bis	2,25%
55	Kohlenstoff...			bis		2,00	bis	0,75%
	Calcium.	1,0	bis	bis		0,50	bis	0,15%
	Nickel	0,35	bis	bis		0,20
60		0,05	bis			3
	Beryllium ....				Nr.	bis
	Kohlenstoff. ..				2,00	bis
65	Cer	1,0			0,50	bis
	Nickel	0,35		0,10
	0,10

Als Ersatz für Cer kann Mischmetall in der doppelten Menge und alternativ Lanthan oder Neodym in gleichen Mengen verwendet werden.

Wirkung der Legierungsbestandteile

Mehr als 3% Beryllium bewirkt eine nachteilige Brüchigkeit und erhöht die Kosten der Legierung. Ein Berylliumgehalt im erfindungsgemäßen Bereich bewirkt gute Zugfestigkeit und Härte. '

Ein Kohlenstoffgehalt von 0,35% und mehr führt (in Kombination mit den Kugelbildung bewirkenden Bestandteilen) zur Bildung von Kugelgraphit, die, wenn sie gleichmäßig dispergiert und klein sind, die Bearbeitbarkeit dieser Legierungen verbessern, während sie die Festigkeit und Härte nicht wesentlich nachteilig beeinflussen. Der bevorzugte Kohlenstoffgehalt ist für diesen Zweck 0,5 bis 0,75% (in Kombination mit dem Kugelbildungsmittel). Ein Kohlenstoffgehalt von weniger als 0,35% (in Kombination mit dem Kugelbildungsmittel) ergibt nicht die gewünschte Kugelbildung und die damit einhergehende verbesserte Bearbeitbarkeit. Bei einem Kohlenstoffgehalt van mehr als 1,5% (in Kombination mit dem Kugelbildungsmittel) werden große Graphitkügelchen gebildet, und die Härte und Festigkeit der Legierungen nach Wärmebehandlung sind viel geringer, als wenn man den Kohlenstoff im bevorzugten Bereich hält. Magnesium, Calcium und Cer werden in Kombination mit Kohlenstoff in den angegebenen Bereichen zugegeben, um die Bildung von kugelförmigen anstatt flockenförmigen Graphitteilchen zu bewirken. Die Flockenform des Graphits, welches existiert, wenn das vorhandene Kugelbildungsmittel nicht ausreicht, verbessert zwar die Bearbeitbarkeit der kommerziellen Legierungen, erniedrigt jedoch ihre Zugfestigkeit und Härte; dagegen verbessert Graphit in Kugelform die Bearbeitbarkeit der kommerziellen Legierungen mit nur geringen Verlusten an Zugfestigkeit und Härte. Offensichtlich sind höhere Mengen an Kugelbildungsmittelmetallen erforderlich, wenn der Kohlenstoffgehalt erhöht wird.

Beispiele, welche die Erfindung erläutern, sind anschließend in drei Abschnitten aufgeführt. Zuerst sind in Tabelle 1 die Zusammensetzungen, die Herstellung, Festigkeit, Härte und MikroStruktur und die geschätzte"Bearbeitbarkeit verschiedener Ni-Be-C-Mg-Legierungen angegeben. Zu Vergleichszwecken sind Festigkeit und Härte, MikroStruktur und Bearbeitbarkeit sowohl einer kommerziellen Legierung als auch einer graphitisierten Legierung ohne das Kugelbildungsmittel der Erfindung ebenfalls in Tabelle I einbezogen. Zweitens sind in Tabelle 11 die Zusammensetzungen, die Herstellung, Festigkeit und Härte, die Nikrohärte und die geschätzte Bearbeitbarkeit mehrerer Ni-Be-C-Ca- und Ni-Bc-C-Ce-Legierungen angegeben. Schließlich werden Bearbeitbarkeitswerte für repräsentative Legierungen der Erfindung angegeben.

Kriterien, die hier für die technische Brauchbarkeit von Nickel-Beryllium-Legierungen festgestellt wurden, sind vorzugsweise eine minimale Zugfestigkeit von 10 500 kp/cm² und insbesondere eine minimale Härte von Rc 45 bei richtiger Wärmebehandlung. Für die Bewertung als »leicht bearbeitbare« Nickel-Beryllium-Legierung muß sich in geglühtem Zustand mindestens die zweifache Bearbeitbarkeit von kommerziellen Legierungen in geglühtem Zustand, gemessen durch eine Standardwerkzeuglebensdauerprüfung bei den geschätzten Werten der Bearbeitbarkeit ergeben.

Um eine ausgedehnte, mühsame und teuere Bewertung der Bearbeitbarkeit zu vermeiden, werden die in den Legierungen der Erfindung ausgebildeten Mikrostrukturen benutzt, um die relativen Bearbeitbarkeitseigenschaften zu schätzen. Ein geschulter Metallurge kann die relative Bearbeitbarkeit dieser Legierungen durch Größe, Form und Verteilung der Graphiteinschlüsse leicht interpretieren. Solche Einschlüsse dienen sowohl als Spanbrecher als auch als festes Glättmittel bei der spanabhebenden Bearbeitung und vermindern den Kraftbedarf und verlängern die Lebensdauer des Werkzeuges. Die in den Tabellen I und II aufgeführten Beobachtungen der Mikrostruktur wurden von einem ausgebildeten Metallurgen vorgenommen und sind als gültig zu betrachten.

Herstellung, Verarbeitung und metallurgische
Bewertung von Ni-Be-C-Mg-Legierungen

Chargen von Ni-Be-C-Legierungen werden durch Schmelzen in Luft unter Verwendung eines 3000-Hz-Induktionsofens'von 15,9 kg Kapazität, der mit Magnesiumoxyd ausgekleidet ist, hergestellt. Die Chargen bestehen aus geschnittenen Quadraten aus Elektrolytnickel, einer Nickel-Beryllium-Vorlegierung der Zusammensetzung 50/50 und festem, trockenem Graphit. Das Nickel wird geschmolzen und auf 1510⁰C erhitzt und die Schmelze durch eine kleine Zugabe der Ni-Be-Vorlegierung »beruhigt«. Die erforderliche Menge an Graphit wird unter Rühren, bis es sich in der Schmelze löst, zugefügt. Der Rest der Ni-Be-Vorlegierung wird zugegeben und die Temperatur der Schmelze auf 1385° C erniedrigt. Das Magnesium wird als Ni-13 bis 16% Mg-Vorlegierung zugegeben und gerade vor dem Gießen eingerührt. Die Schmelzen werden in Standardhohlformen für Zugfestigkeitsprüfungsstangen von 12,83 mm reduziertenf Durchmesser in phosphatgebundenen Sandformen gegossen. Die gegossenen Zugprüfungsstangen und metallographischen Proben werden von den Angüssen und Stegen abgeschnitten. Alle Proben werden nach Bedarf wärmebehandelt und bearbeitet und für die Bewertung vorbereitet. Ofengetemperte Proben werden 3 Stunden in einem großen Muffelofen auf 1066⁰C erhitzt und dann langsam auf Zimmertemperatur bei abgeschaltetem Ofen abgekühlt. Die lösungsgeglühten Proben werden in entsprechender Weise 3 Stunden auf 1066⁰C erhitzt, jedoch dann in kaltem Wasser abgeschreckt. Die Bearbeitungsgänge zur Herstellung von Proben für die Zug-, und Härteprüfung und metallographische Untersuchung sind alle von üblicher Art und bestehen hauptsächlich aus Sägen und Drehen. Ausgehärtete Proben werden anfänglich lösungsgeglüht und dann 3 Stunden auf 510° C erhitzt und an der Luft abgekühlt. Eine mindestens zweifache Verbesserung in der Bearbeitbarkeit gegenüber kommerziellen Legierungen wird beobachtet, während Proben für die metallurgische Bewertung aus geglühten Legierungen der Erfindung hergestellt werden.

Tabelle I

Mechanische Eigenschaften und Zusammenfassung der MikroStruktur für verschiedene Ni-Be-C-Chargen (Alle Materialien in lösungsgeglühtem und ausgehärtetem Zustand [AT], wenn nichts anderes angegeben ist)

Beispiel

Chemische Zusammensetzung in %
Be ]_ Mg 1 C 1 Ni

Zugeigenschaften Zug-

g festigkeit

in kp/mm²

Bruchdehnung

MikroStruktur bei 100 x, relative

geschätzte Bearbeitbarkeit und

relative Festigkeit und Härte

2,19

Kommerzielle Legierung 0,09 Rest 156,8 4,0 52

Kommerzielle Legierurig^mit zugesetztem Kohlenstoff, jedoch ohne Kugelbildungsmittel

2,56 0 0,81 Rest 77,7 1,5 40

Legierungen mit 0,6% C — wechselnder Mg-Gehalt

2,17
2,17

2,34

2,41

0,44	0,63	Rest	—	—
0,44	0,63	Rest	—	—
0,44	0,63	Rest	137,5	0,6
0,85	0,58	Rest	110,8	0,9
1,30	0,61	Rest	93,6	1,0

52,5

Legierungen mit 1,0% C — wechselnder Mg-Gehalt 2,15 0,41 0,98 Rest 132,3 0,8 50,5

2,32

0,84

0,98

Rest 145,6

1,0

Aller Kohlenstoff in fester Lösung; kein sichtbarer Graphit. Schlechte Bearbeitbarkeit, jedoch maximale Festigkeit und Härte

Große Graphitflocken; Bearbeit- ■ barkeit ausgezeichnet, jedoch Festigkeit und Härte unzufriedenstellend niedrig

Wie gegossen — gleichmäßig verteilte Graphitkügeln von 0,010 bis 0,030 mm Durchmesser Lösungsgeglüht — MikroStruktur ähnlich zu Beispiel 3 (a) oben Lösungsgeglüht und ausgehärtet — Mikrostrüktür ähnlich zu Beispiel 3 (a) und 3 (b) oben, jedoch mit Graphitkügeln von 0,005 bis 0,30 mm Durchmesser. Bearbeitbarkeit um mehr als zweimal gegenüber Beispiel 1 verbessert. Festigkeit und Härte zufriedenstellend hoch

Graphitkügelchen nicht so gut verteilt und etwas größer als diejenigen im Beispiel 3 (c). Bearbeitbarkeit etwas besser als Beispiel 3 (c). Festigkeit an der Grenze, jedoch Härte zufriedenstellend Weniger, jedoch größere Graphitkügelchen als im Beispiel 4, etwa 0,060 mm Durchmesser. Bearbeitbarkeit etwas besser als Beispiel 4. Festigkeit schlecht, jedoch Härte zufriedenstellend

Gut verteilte Graphitkügelchen von etwa 0,010 mm Durchmesser. Bearbeitbarkeit mehr als zweimal besser als die der kommerziellen Legierung Beispiel Nr. 1. Festigkeit und Härte sind hoch Graphitkügelchen gut verteilt und von etwa 0,030 mm Durchmesser. Bearbeitbarkeit etwas größer als diejenige von Beispiel 6. Festigkeit und Härte sind hoch.

Fortsetzung

Chemische Zusammensetzung

Mg

2,11

1,31

*

1,38

0,40

C

0,47

in %

Zugcigenschaften

Bruch

Härte

97,3

—

51

0,60

Rest

0,59

. 0,83

Rest

123,4 1,2

135,5 —

48,5

MikroStruktur bei KK) x. relative

D ·

Legierungei

ι mit 1,0°/

dehnung

geschützte Bearbeitbarkeit und

bei- .

Be

1,08

Ni

Zug

(%)

(Rc)

relative Festigkeit und Härte

spiel

festigkeit in

1O C — wechselnder Mg-Gehalt

kp/mrrr

Rest

Legierungen mi

0,50

- Wechselnder Mg-Gehalt

Legierungen mit niedri

gem Be-Gehalt

Weniger Graphitkügelchen von

8

2,28

109,4 0,1

0,62

Legierungen

118,6 2,0

etwa 0,060 mm Durchmesser.

2,95

0,86

t 1,0 bis ]

0,15

49,5

Bearbeitbarkeit vergleichbar mit

1,04

Beispiel 7. Festigkeit schlecht,

,4% C -

jedoch Härte hoch

Rest

Viele Graphitkügelchen von etwa

9

1,32

mit hohem Be-Gehalt

51,5

0,040 mm Durchmesser, jedoch

2,22

139,3 0,5

Rest

etwas unregelmäßige Graphit

formen. Bearbeitbarkeit mehr als

1,22

zweimal besser als die von Beispiel 1.

Festigkeit an der Grenze, jedoch

Rest

Härte zufriedenstellend

2,13.

108,3 0,1

Größere Graphitkügelchen von

10

51

etwa 0,050 mm Durchmesser.

1,43

Bearbeitbarkeit etwas besser als

.

Beispiel 9. Festigkeit hoch und

Rest

Härte zufriedenstellend

^Größere Graphitkügelchen von

11

Kohlenstoffgehall

51

' etwa 0,070 mm Durchmesser und

1,98

126,5 0,5

größere unregelmäßige Graphit

Legierungen mit ι

formen. Bearbeitbarkeit etwas

0,45

besser als Beispiel 10. Festigkeit an

liedrigem

der Grenze, jedoch Härte hoch

Rest

2,012

148,9 1,0

50

Kleine Graphitkügelchen von

12

0,003 mm Durchmesser, gut verteilt

0,61

Bearbeitbarkeit mehr als zweimal

so gut als im Beispiel 1. Festigkeit

Rest

und Härte zufriedenstellend

Legierungen mit niedrigem Mg-Gehalt

Graphitkügelchen von 0,010 mm

13

2,61

0,10

45,5

Durchmesser. Gut verteilt.

Bearbeitbarkeit etwas besser als

Beispiel 12. Hohe Festigkeif und

Härte

Graphitkügelchen von 0,010 mm

14

Durchmesser. Gut verteilt.

51

Bearbeitbarkeit vergleichbar mit

Beispiel 13. Festigkeit und Härte

zufriedenstellend

Graphitkügelchen von 0,030 mm

15

Durchmesser. Gut verteilt.

Bearbeitbarkeit mehr als zweimal

so gut wie Beispiel 1. Festigkeit

und Härte wegen niedrigem

Be-Gehalt gering

Graphitkügelchen von 0,020 mm

16

Durchmesser und gut verteilt.

Bearbeitbarkeit mehr als zweimal

diejenige von Beispiel 1. Hohe

Festigkeit und Härte

Herstellung, Verarbeitung und metallurgische

Bewertung von Ni-Be-C-Ca-Si- und

Ni-Be-C-Ce-Legierungen

Chargen von Ni-Be-C-Legierungen werden durch Schmelzen in Luft unter Verwendung eines 3000-Hz-Induktionsofens von 15,9 kg Kapazität, der mit Magnesiumoxyd ausgekleidet ist, hergestellt. Die Chargen bestehen aus geschnittenen Quadraten aus Elektrolytnickel, Berylliumkörnern und festem, trockenem Graphit. Das Nickel wird geschmolzen und auf 151O⁰C erhitzt und die Schmelze durch eine kleine Zugabe von Berylliumkörnern »beruhigt«. Die gewünschte Menge an Graphit wird zugegeben, indem gerührt wird, bis es in der Schmelze gelöst ist. Der Rest der Berylliumkörner wird zugegeben und die Temperatur der Schmelze auf 1385° C erniedrigt. Das Ca und Ce werden in Form von Si-30% Ca-Vorlegierung und metallischen Ce-Spänen zugesetzt. Diese werden gerade vor dem Gießen in die Charge zugegeben und eingerührt. Die Schmelzen werden in phosphatgebundene Sandformen mit Höhlungen von 2,54 cm Durchmesser und 33,02 cm Länge gegossen. Die Gießlinge werden geglüht und dann von den Angüssen und ■ Stegen durch Sägen abgeschnitten, und die Prüfstücke werden durch Drehen für die Bewertung der MikroStruktur und der Härte vorbereitet. Prüfstücke werden in lösungsgeglühtem (in Wasser von 1066⁰C abgeschreckt) und ausgehärtetem (3 Std. bei 510° C) Zustand (AT) geprüft. Die qualitativen Beobachtungen der Bearbeitbarkeit werden während des Sägens und Drehens vorgenommen, während die Proben für die metallurgische Bewertung vorbereitet werden.

Tabelle II

Mikrostruktur und Härte von Ni-Be-C-Legierungen, die mit Si-30% Ca- und Ce-Zusätzen behandelt sind (Alle Materialien in lösungsgeglühtem und ausgehärtetem Zustand)

Beispiel

Chemische Zusammensetzung in %

Be C Ca Si Ce

Rockwell-Härte

Mikrostruktur bei 100 χ, relative

geschätzte Bearbeitbarkeit und relative

Härte und Festigkeit

0,92

2,01

2,17

2,07

2,99

1,22

0,64

0,64

0,54

0,49

0,67

0,74

0,20

0,025

0,20

0,52

0,26

0,80

0,39

0,89

1,98

0,97

0,20 B-92

C-47

C-51

C-51

C-52

B-84

2,20

2,21

0,75

0,66

0,10

0,12 C-49

C-46

__ Graphitkügelchen von etwa 0,010 mm Durchmesser, gut verteilt. Bearbeitbarkeit mehr als zweimal diejenige von Beispiel 1. Härte unzufriedenstellend niedrig Keine Graphitkügelchen, jedoch unregelmäßige Form. Bearbeitbarkeit vergleichbar zu Beispiel 17. Härte zufriedenstellend, Festigkeit wäre jedoch < 105kp/mm² Graphitkügelchen von 0,010 mm Durchmesser und gut verteilt. Bearbeitbarkeit mehr als zweimal diejenige von Beispiel 1. Härte zufriedenstellend, ebenso wie die Festigkeit zufriedenstellend wäre
Graphitkügelchen von etwa 0,020 mm Durchmesser und gut verteilt. Bearbeitbarkeit vergleichbar zu Beispiel 19. Härte zufriedenstellend, ebenso wie Festigkeit zufriedenstellend wäre

Graphitkügelchen von etwa 0,010 mm Durchmesser und gut verteilt. Bearbeitbarkeit vergleichbar zu Beispielen 19 und 20. Härte zufriedenstellend, wie es auch die Festigkeit sein dürfte

Kein Graphit vorhanden, jedoch interdendritisch verteilte intermetallische Phase. Bearbeitbarkeit mehr als zweimal schlechter als von Beispiel 1. Härte unzufriedenstellend, ebenso wie es die Festigkeit wäre

Graphitkügelchen von 0,010 mm Durchmesser und gut verteilt. Bearbeitbarkeit mehr als zweimal besser als die der kommerziellen Legierung Beispiel 1. Härte zufriedenstellend ebenso wie es die Festigkeit wäre Graphitkügelchen von 0,005 mm Durchmesser, gut verteilt. Bearbeitbarkeit und Festigkeit vergleichbar zu Beispiel 23. Härte liegt an der Grenze

Fortsetzung

Beispiel

Chemische Zusammensetzung in % Be C Ca Si Ce

Rockwell-Härte

Mikr'ostruktur bei 100 x, relative

geschätzte Bearbeitbarkeit und relative

Härte und Festigkeit

25

26

27

2,25

2,18

3,17

0,78

.0,78

0,75

Aus den Werten in den obigen Tabellen ist ersichtlich, daß die Beispiele 3 bis einschließlich 16 und 19 bis einschließlich 21 und 23 und 24 in einen brauchbaren kommerziellen Bereich der Festigkeit und/oder Härte mit geschätzten Bearbeitbarkeitseigenschaften von wenigstens zweimal derjenigen einer kommerziellen Legierung, Beispiel 1, fallen. Die Zusammensetzungen dieser Legierungen sind daher erfindungsgemäß.

Herstellung, Verarbeitung und Bewertung der Bearbeitbarkeit von typischen erfindungsgemäßen Legierungen

A. Schmelzen, Gießen und Wärmebehandlung

Chargen von Nickel-Berylliumlegierung werden durch Schmelzen von geschnittenen Quadraten von Elektrolytnickel in einem 3000-Hz-100-KW-Induktionsofen von 136 kg Kapazität, der mit Magnesiumoxyd ausgekleidet ist, an Luft hergestellt. Das Nickel C-42 Graphitkügelchen von 0,010 mm Durchmesser vorhanden, jedoch mit interdendritischer, intermetallischer Phase gemischt. Bearbeitbarkeit fraglich. Härte und Festigkeit unzufriedenstellend niedrig

C-41 Alles Graphit in Form von unregelmäßigen Formen. Beträchtliche intermetallische Phase vorhanden. Bearbeitbarkeit fraglich. Festigkeit und Härte unzufriedenstellend niedrig

C-50 Kein Graphit, jedoch beträchtliche

intermetallische Phase vorhanden. Unzufriedenstellende Bearbeitbarkeit. Härte hoch, ebenso wie es die Festigkeit wäre

wird bei 1510° C geschmolzen, ein ausreichendes Gewicht an Berylliumkörnern wird zugegeben, um die gewünschte Berylliumzusammensetzung zu liefern," und die Temperatur des geschmolzenen Metalls wird auf 1371° C herabgesetzt. Graphit wird in gewogenen Mengen von trockenem, festem Material zugegeben, das in die Schmelze eingerührt wird. Dann wird Mg als N17I3 bis 16% Mg-Vorlegierung gerade vor dem Gießen zugegeben und eingerührt. Die Chargen werden bei 1385° C in Sandformen mit Höhlungen von 8,89 cm Durchmesser und 33,02 cm Länge gegossen. Die erhaltenen runden Stangen werden von den Angüssen und dem Abfall abgeschnitten und entweder »wie gegossen« gelassen, lösungsgeglüht, d.h. 3 Stunden auf 1066° C erhitzt und in Wasser abgeschreckt, oder im Ofen getempert, d. h. 3 Stunden auf 1066° C in einem großen Muffelofen erhitzt und dann bei abgeschaltetem Ofen auf Zimmertemperatur abgekühlt.

Analyse und Härte von Nickel-Beryllium-Legierungen »wie gegossen« und geglüht

Beispiel	Be	Zusammensetzung in %	Mg	Ni	Wärmebehandlungs	Härte	BHN	Rockwell C
Nr.	2,58		0,01	Rest	zustand		229	20
	2,15	C	0,57	Rest		341	37
28	2,11	0,08	0,38	Rest	ofengeglüht	321	35
29«.	2,20	0,84	0,64	Rest	lösungsgeglüht	247	24
30	2,29	0,45	0,49	Rest	lösungsgeglüht	341	37
31	2,29	0,57	0,49	Rest	»wie gegossen«	229	20
32 a	0,70		lösungsgeglüht
32b	0,70		ofengeglüht

B. Bearbeitbarkeitsprüfungen 1. Drehen

a) Maschine — Drehbank mit veränderlicher Geschwindigkeit (30,2 PS)-Motor.

b) Werkzeugmaterial — Carbid.

c) Werkzeuggeometrie

Spanwinkel 0°

Nebenschneide 5°

Nebenschneidwinkel 15°

Hauptschneidwinkel 15°

Freiwinkel 5°

Spitzenradius 0,794 mm

d) Schneidflüssigkeit — wasserlösliches öl, 1:20 verdünnt.

e) Endpunkt der Werkzeuglebensdauer bei einem Abnutzungssteg von 0,397 mm oder Abbrechen der Schneidspitze.
0 Werkzeuglebensdauer bei

0,229 mm/Umdreh. Vorschub, 1,58 mm Schnittiefe,
27,43 m/min Schneidgeschwindigkeit

13	Beispiel Nr.	Werkzeuglebensdauer in Minuten
28	1,5
29	12
30	14
31	3
32a	19
32b	40

Werkzeuglebensdauer von Beispiel

32 b 28

= 26,7.

g) Geschwindigkeit bei 30 Minuten Werkzeuglebensdauer [unter Bedingungen wie oben in f)]

Schneidgeschwindigkeit von Beispiel

32 b 28

=

Beispiel Nr.	Schneidgeschwindigkeit m/Min.
28	14,02
29	12,5
30	15,85
31	18,9
32a	17,68
32b	28,04

2. Bohren

a) Maschine — Kastensäulenbohrpresse mit veränderlicher Geschwindigkeit.

b) Werkzeugmaterial — Schnellschneid-Molybdän-Stahl.

c) Werkzeuggeometrie

Durchmesser 6,35 mm

Länge 63,5 mm

Spitzenwinkel 7°

Spitzenform ... T

Spitzenschliff eben

Spanwinkel 29°

d) Schneidflüssigkeit — wasserlösliches öl, 1:20 verdünnt.

e) Endpunkt der Bohrerlebensdauer bei 0,397-mm-Abnutzungssteg oder Versagen.

f) Anzahl der Löcher in 19,05-mm-Platte bei:
12,19 m/Min. Schneidgeschwindigkeit,
0,127 mm/Umdrehg. Vorschub.

Beispiel Nr.	Anzahl der Löcher vor Endpunkt der Bohrerlebensdauer
28	80 165

Anzahl der Löcher für Beispiel

32 b
28

= 2,06.

Aus den obigen, sauber eingehaltenen Vergleichsprüfungen der Bearbeitbarkeit zur Bewertung ty- pischer Legierungen der Erfindung sowie einer kommerziellen Legierung (Beispiel Nr. 28) in ofengeglühtem Zustand zu Vergleichszwecken ist ersichtlich, daß eine typische Legierung der Erfindung, Beispiel 32 b, mit einer 26,7mal größeren Werkzeuglebensdauer bei vergleichbarem Vorschub, vergleichbarer Schneidtiefe und Schneidgeschwindigkeit gedreht werden kann, als die kommerzielle Legierung Beispiel 28. Die typische Legierung der Erfindung kann bei der zweifachen Schneidgeschwindigkeit gedreht werden, um beim Drehen eine gleiche Werkzeuglebensdauer zu ergeben. Zweimal soviel Löcher können unter identischen Bedingungen in eine typische Legierung der Erfindung gebohrt werden im Vergleich ..zur kommerziellen Legierung bevor der Endpunkt-der Bohrerlebensdauer erreicht ist. Diese sauber kontrollierten Bewertungen der Bearbeitbarkeit zeigen, daß die erfindungsgemäßen Legierungen etwa die zwei- bis fünfundzwanzigfache Bearbeitbarkeit kommerzieller Legierungen aufweisen, je nachdem, wie die Bearbeitbarkeit gemessen wird.

Die Beispiele 29 bis 32 b sind in der Zusammensetzung eng mit Beispiel 3 in Tabelle I vergleichbar. Auch die Mikrostrukturen dieser Beispiele sind fast identisch. Dies ist zu erwarten, da die Herstellung, das Schmelzen und das Gießen sehr ähnlich sind.

Ein weiterer Beweis der verbesserten Bearbeitbarkeit wurde deutlich bei nicht kontrollierten Arbeiten _; erhalten, wenn die verschiedenen erfindungsgemäßen Legierungen gesägt und zu Proben für die Zugprüfung, die Härte und die metallographische Untersuchung gedreht wurden. Wenn immer Grapßit sowohl vorhanden als auch gut verteilt war, war leicht eine bemerkenswerte Verbesserung in der Bearbeitbarkeit gegenüber kommerziellen Legierungen zu beobachten.

Claims (13)

Patentansprüche:

1. Aushärtbare Nickel-Beryllium-Legierung, bestehend aus 0,90 bis 3,0% Beryllium, 0,35 bis 1,30% Kohlenstoff, 0,05 bis 1,35% Magnesium oder Calcium oder Cer und Rest Nickel mit den üblichen herstellungsbedingten Verunreinigungen.

2. Legierung nach Anspruch 1, die 0,1 bis 1,35% Magnesium enthält.

3. Legierung nach Anspruch 1, die 0,05 bis 0,55% Calcium enthält.

4. Legierung nach Anspruch 1, die 0,10 bis 0,20% Cer enthält.

5. Legierung nach Anspruch 1, die 2,0 bis 2,25% Beryllium und 0,50 bis 0,75% Kohlenstoff enthält.

6. Legierung nach Anspruch 5, die 0,10 bis 0,15% Cer enthält.

7. Legierung nach Anspruch 5, die 0,20 bis 0,30% Calcium enthält.

8. Legierung nach Anspruch 5, die 0,15 bis 0,50% Magnesium enthält.

9. Legierung nach einem der Ansprüche 1, 4, 5 und 6, in der das Cer durch Mischmetall, Lanthan oder Neodym ersetzt ist.

10. Verfahren zur Wärmebehandlung einer Legierung nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung bei 1065° C lösungsgeglüht, danach abgeschreckt und schließlich bei 480 bis 540° C ausgehärtet wird. _:

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschreckung in öl, Luft oder Wasser erfolgt.

12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung 3 Stunden lösungsgeglüht wird.

13. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung 1 bis 3 Stunden ausgehärtet wird.