DE1533481C3

DE1533481C3 - Verfahren zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften eines dispersionsgehärteten Metalls oder einer Legierung aus der Gruppe Kupfer und Edelmetalle

Info

Publication number: DE1533481C3
Application number: DE19661533481
Authority: DE
Inventors: Geoffrey Colin Bond; Alan Arthur Bourne; Jack Chambers Chaston; Alan Sydney Darling
Original assignee: Johnson Matthey PLC
Current assignee: Johnson Matthey PLC
Priority date: 1966-09-28
Filing date: 1966-09-28
Publication date: 1974-10-03
Also published as: DE1533481B2; DE1533481A1

Description

einem Durchmesser von 1,016 mm gezogen. Danach wurde die Anlaßbehandlung und Rekristallisation bei einer Temperatur von 1400⁰C vorgenommen. An Probestücken des Stabes und des Drahtes wurden Kriechversuche durchgeführt, deren Ergebnisse nachstehend angegeben sind:

Durchmesser

mm

3,175
1,016

Querschnittsabnahme

in %

97
99,7

Lebensdauer bei 1400° C und Belastung

49,2 kg/cm² I 98,4 kg/cm²

800 Std. 1200 Std.

4 bis 12 Std. 350 Std.

MikroUntersuchungen des rekristallisierten Gefüges ergaben, daß das Verhältnis von Länge zu Breite der Körner in dem Stab mit dem Durchmesser von 3,157 mm etwa 5 betrug, während dieses Verhältnis in dem Draht mit dem Durchmesser von 1,016 mm etwa 12,5 ausmachte.

Beispiel 2

Bei einem weiteren Versuch wurden vier schmale gesinterte Blöcke aus 0,04 % Titancarbid enthaltendem Platinpulver hergestellt. Nach 3stündigem Sintern im Vakuum bei 1400° C wurden diese Blöcke ausgeschmiedet, zu Blechen kaltgewalzt und schließlich bei 1400° C geglüht. In der nachfolgenden Tabelle sind Ergebnisse von Kriechversuchen zusammengestellt.

	Weiterverarbeitung	Quer-	Lebens
		schnitts-	dauer in
		ver-	Stunden
xilOCK		minderung	bei
	nach dem Heiß	in % durch	49,2 kg/cm²
	schmieden kalt	Kaltver	Belastung
Nr.	gewalzt	formung	und 1400°C
1	nach dem Heiß
	schmieden kalt
	gewalzt	58	100
2	vor dem Schmieden
	und Walzen noch
	maliges Pressen	86	312
3	und Sintern des
	Blockes ... .
	Gesenkschmieden
	des Blockes vor
	dem Kaltwalzen..	86	570
4

	86	620

15 gegeben. Diese Pulvermischung wurde dann in einer Kautschukmühle unter Verwendung von Stahlkugeln während 24 Stunden trocken gemahlen.

Diese Pulvermischung, die hart und schwierig in kompakte Form zu bringen war, wurde dann im Vakuum 2 Stunden lang bei 800⁰C geglüht, bis sie sich unter einem Druck von etwa 1260 kp/cm² zu Barren verpressen ließ. Die Barren wurden anschließend 3 Stunden lang bei 1400° C im Vakuum gesintert, ausgeschmiedet und schließlich zu Drähten kaltgezogen. Die durch den Kaltziehvorgang erreichte Querschnittsverminderung betrug annähernd 97%. Der Draht wurde anschließend bei einer Temperatur von 1400° C geglüht.

Die an dem in der zuvor beschriebenen Weise hergestellten Draht vorgenommenen Kriechversuche hatten die nachstehenden Ergebnisse:

30

35

MikroUntersuchungen der Bleche, die nach den Kriechversuchen durchgeführt wurden, ergaben stark verlängerte Körner in dem aus den Blöcken 3 und 4 gefertigten Material, eine beachtliche Verlängerung in dem aus dem Block 2 gewonnenen Blech und eine, wenn überhaupt, nur geringe Verlängerung in dem aus dem Block_t Nr. 1 erhaltenen Blech.

20 Lebensdauer in Luft
bei 1400⁰C (Std.)

148

Belastung (kg/cm²)

137 I 127 I 98,4 I 49,2

560

1006

1500

25

Beispiel 4

Zu 425,2 g gesiebtem und gewaschenem Platinpulver wurden 0,04% feines Titancarbidpulver zugegeben; die Mischung wurde 24 Stunden lang kugelgemahlen. Dieses Gemisch wurde 2 Stunden im Vakuum bei 800° C geglüht und dann vorsichtig in eine 15,875 mm breite Stahlform geschüttet und unter einem Druck von 1574,88 kp/cm² verdichtet. Der Preßkörper wurde dann 3 Stunden lang im Vakuum bei 1400° C gesintert, anschließend gekühlt, auf 80% seiner theoretischen Dichte verpreßt und nochmals ■ 2 Stunden lang bei 1400° C gesintert.

Nachdem in der Preßebene heiß ausgeschmiedet worden war, wurde das Werkstück zu Blech kalt gewalzt. In verschiedenen Stadien der Reduktion wurden Probestücke abgenommen. Die Probestücke wurden zur Rekristallisation bei 1400° C geglüht. Kriechversuche an aus diesem Platinansatz hergestellten Blechen brachten die nachstehenden Ergebnisse:

Kriechversuch-Ergebnisse an Blechen aus

425,2-g-Blöcken (1400° C, 49,2 kg/cm²)

Querschnittsverminderung beim Kaltwalzen in %	Lebensdauer bis zum. Bruch (Stunden)
87 92 96	40 55 200

60

Beispiel3

Zu einem Ansatz aus Platinpulver, das bis zu einem Durchgang durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 251 μΐη vermählen und bis zur Entfernung von jeglichen löslichen Spuren an Verunreinigungen gewaschen worden war, wurden 0,04% Titancarbidpulver, das im Durchmesser feiner als 5 μΐη war, zu-

Beispiel 5

Gesiebtes Rhodium- und Platin-Pulver wurden im Verhältnis von 1: 9 vermischt und dann 24 Stunden lang zusammen mit 0,04 % Titaniumcarbid gemahlen.

Diese Mischung wurde im Vakuum geglüht, verdichtet und 3 Stunden lang bei 1400° C im Vakuum gesintert. Nach dem Heißschmieden bei etwa 1100° C wurde zu Draht mit einem Durchmesser von 1,016 mm gezogen, und während der Kaltverformung wurde eine Querschnittsverminderung von nahezu 97% erzielt. Beim nachfolgenden Glühen bei 1400⁰C bildeten sich stark verlängerte Körner aus. Kriechversuche an

diesem Material unter einer Belastung von 49,2 kg/cm² wurden bei 1400° C durchgeführt und ergaben eine Lebensdauer von nahezu 2000 Stunden.

Unter gleichen Bedingungen durchgeführte Untersuchungen an Rhodium-Platin-Legierung, die mit Thoriumoxid dispersionsverfestigt und erfindungsgemäß behandelt worden war, zeigten eine Lebensdauer von nur 1000 Stunden bis zum Bruch.

In den F i g. 1, 2 und 3 der Zeichnung sind die nach der Rekristallisation vorliegenden Mikrogefüge in Draht aus einem gegossenen Platinblock (F i g. 1) bzw. aus einem Blech aus 0,04 % TiC enthaltendem Platinpulver gezeigt. Der Beginn eines orientierten Gef üges ist in F i g. 2 erkennbar. Das stark gerichtete Gefüge eines Drahtes nach starker Kaltverformung und Anlaßbehandlung bei 1400° C nach der Erfindung ist in F i g. 3 veranschaulicht.

Zwar ist das erfindungsgemäße Verfahren vorstehend an Hand der Behandlung von dispersionsverfestigtem Platin und Platin-Legierungen beschrieben worden, jedoch läßt es sich in gleicher Weise auf die Behandlung anderer Edelmetalle und deren Legierungen sowie auf Kupfer anwenden.

Zusätzlich zu den zuvor beschriebenen Prüfungen an Platin wurden Vergleichsversuche unter Verwendung von Kupferpulver durchgeführt. Das elektrolytisch erzeugte Pulver passierte ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von weniger als 76 μηι.

Beispiel 6

50 g Kupferpulver wurden 4 Stunden lang bei 350 bis 400° C in Wasserstoff reduziert. Das reduzierte Pulver wurde mit 0,04% feinem Titancarbidpulver vermischt und das Gemisch in einer Polypropylenmühle unter Verwendung von Stahlkugeln 12 Stunden lang trocken gemahlen. Das Pulver wurde alsdann in zwei Proben aufgeteilt, von denen jede im Vakuum 2 Stunden lang bei 450° C geglüht und dann unter einem Druck von 1574,88 kp/cm² verdichtet wurde. Die beiden Preßkörper wurden 4 Stunden lang bei 900 bis 950° C im Vakuum gesintert und die Sinterkörper durch vorsichtiges Kaltschmieden verfestigt und in Wasserstoff bei 500° C geglüht. Eine der Proben (A) wurde dann durch vorsichtige Kaltbearbeitung mit

ίο häufigen Zwischenglühungen weiter im Querschnitt reduziert, so daß die geringstmögliche Bearbeitungstextur erreicht wurde. Die andere Probe (B) wurde erfindungsgemäß behandelt und einer starken Kaltbearbeitung bis zu einer Querschnittsverminderung von 80% und anschließender Rekristallisation bei einer Temperatur von 350° C unterzogen.

Die an jedem dieser Prüfkörper durchgeführten Kriechversuche hatten die nachstehend zusammengestellten Ergebnisse. Die Prüfungen wurden jeweils in Luft bei einer Temperatur von 350° C unter einer Belastung von 787,440 kp/cm² durchgeführt.

Probe Lebensdauer bis zum Bruch A 163 Stunden

B 500 Stunden

Wiederum sind die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens erreichbaren hervorragenden Ergebnisse klar erkennbar.
Der Ausdruck »Kaltbearbeitung« bezieht sich nicht nur auf das Arbeiten bei Zimmertemperatur als tatsächlich angewandte Temperatur, sondern hängt weitgehend ab von der Art des zu behandelnden Metalles oder dessen Legierung; wichtig allein ist, daß die Arbeitstemperatur unterhalb derjenigen Temperatur liegt, bei der merkliche Rekristallisation auftritt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

1 2

Eigenspannungen beseitigt und die Kaltbearbeitung

Patentanspruch: und Vergütung so lange wiederholt, bis man ein

schmiedbares Produkt von den gewünschten Dirnen-Verfahren zur Verbesserung der mechanischen sionen und Formen erhält.

Eigenschaften eines dispersionsgehärteten Metalls 5 Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ver- oder einer Legierung durch Kaltverformen und fahren zu entwickeln, mit dem die mechanischen anschließendes Glühen, dadurch gekenn- Eigenschaften von Metallen und Legierungen verzeich η e t, daß ein Metall bzw. eine Legierung bessert werden können, insbesondere die Festigkeit aus der Gruppe Kupfer und Edelmetalle, außer bei hohen Temperaturen, und zwar unter Anwendung Osmium, mit einer dispersen Phase aus einem io des bekannten Prinzips der Kaltverformung mit anhitzebeständigen Oxid, Karbid, Borid, Nitrid oder schließender Wärmebehandlung. Das Material soll bei Silizid unter Querschnittsverminderung von min- hoher Zugbelastung unter hoher Temperatur lange destens 80% bei Temperaturen unterhalb der Re- Zeit kriechfest bleiben, ohne daß das Material zur kristallisationsschwelle verformt und anschließend Brüchigkeit neigt, hervorgerufen durch Frakturen an bei sekundäre Rekristallisation hervorrufenden 15 den Korngrenzen, wozu beispielsweise dispersions-Temperaturen geglüht wird. gehärtetes oder in anderer Weise kornstabilisiertes

Platin neigt, wenn es länger als 20 Stunden bei einer Temperatur von 1400° C unter einer Zugbelastung von

49,2 kg/cm² steht, obwohl solches Platin bereits erheb-

20 Hch fester als rohes Platin ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur vorgeschlagen, daß ein Metall bzw. eine Legierung aus Verbesserung der mechanischen Eigenschaften eines der Gruppe Kupfer und Edelmetalle, außer Osmium, dispersionsgehärteten Metalls oder einer Legierung mit einer dispersen Phase aus einem hitzebeständigen durch Kaltverformen und anschließendes Glühen. 25 Oxid, Karbid, Borid, Nitrid oder Silizid unter Quer-Es ist bereits eine Sinterlegierung aus Platin, Rho- Schnittsverminderung von mindestens 80% bei Temdium, Iridium, Ruthenium, Palladium und Zusätzen peraturen unterhalb der Rekristallisationsschwelle zwischen 0,01 + 1 % an diversen Metalloxiden be- verformt und anschließend bei sekundärer Rekristallikannt (deutsche Patentschrift 838 067). Die Legie- sation hervorgerufenen Temperaturen geglüht wird,
rungsbestandteile und die Zusätze können einzeln oder 30 Diese Lösung nach der Erfindung stellt ein Verzu mehreren zur Anwendung kommen. Die Rekristal- fahren dar, mit dessen Hilfe auf einfache Weise ein lisation einer solchen Substanz würde eine Korn- Werkstoff mit gleichbleibend guten mechanischen vergröberung bewirken, durch die eine Verschlechte- Eigenschaften erzielt werden kann. Dieses Ergebnis rung der mechanischen Eigenschaften bewirkt wird. ist darauf zurückzuführen, daß bei dem Verfahren Das Auftreten von Rekristallisationen muß deshalb 35 nach der Erfindung sich an die ausführliche Kaltververhindert werden. Es soll die Neigung eines Stoffes formung des dispersionsgehärteten Werkstoffes eine auf ein Mindestmaß herabgesetzt werden, ein mehr Glühung bei relativ hoher Temperatur anschließt, oder weniger grobes Rekristallisationsgefüge anzu- wodurch ein Gefüge mit länglichen Kristallen mit nehmen, wenn es hohen Temperaturen ausgesetzt ausgeprägter Orientierung in Richtung des Verwird. 40 formens entsteht.

Es ist außerdem bekannt, daß dispersionsgehärtete Die Anwendungsgebiete für erfindungsgemäß beMetalle durch rekristallisierende Glühung behandelt handelte Werkstoffe sind zahlreich. Es können beiwerden, um die Korngröße zu standardisieren, wobei spielsweise dispersionsgehärtete Metalle oder Legie-Kornneubildung und Rekristallisation eintreten (bri- rungen der Platingruppe, die erfindungsgemäß betische Patentschrift 893 424). Damit im Zusammen- 45 handelt worden sind, zur Herstellung von in der Glashang bekannt ist auch eine Lösung, die zeigt, daß die Industrie benötigten Apparaturen, wie beispielsweise optimalen mechanischen Eigenschaften von disper- Füllerstücken und Buchsen, oder wie sie bei der Hersionsgehärtetem Kupfer im weichgeglühten Zustand stellung von Glasfasern, beim Tiegelschmelzen und für erhalten werden (britische Patentschrift 893 425). Am Rührer verwendet werden, eingesetzt werden.' Sie deutlichsten verbessert sind im weichgeglühten Zu- 5° können auch Anwendung finden bei der Herstellung stand Streckgrenze und Zugfestigkeit, jedoch ist auch von Widerstandsthermometern und Thermoelementen, eine verbesserte Warmfestigkeit im weichgeglühten bei denen es auf hohe Widerstandsfähigkeit gegen Zustand bekannt. Daraus ist jedoch nicht das Glühen mechanischen Bruch und hohe Temperaturen aneines kaltverformten, dispersionsgehärteten Materials ^ kommt. Schließlich sei die Anwendung zur Bewickzur sekundären Rekristallisation zu einer besonderen 55 lung von elektrischen Widerstandsöfen oder zur Her-Kornstruktur abzuleiten, was für die Erfindung von stellung von Katalysator-Gazen beispielhaft genannt, besonderer Bedeutung ist und was noch zu erläutern Die Erfindung ist nachfolgend an Hand von Aussein wird. . führungsbeispielen erläutert.

Schließlich ist bereits für ein Verfahren zur Her- B i s i e 1 1

stellung von praktisch volldichten, durch Dispersion 60

verstärkten Metall- und Legierungszusammensetzun- Ein gesinterter Platinblock, der aus 0,04% Titangen, bestehend im wesentlichen aus einem Grund- carbidpulver enthaltendem Platinpulver hergestellt metall und einer oder mehreren schwer schmelzbaren worden war und in den Abmessungen 52,387 · 26,987 · Oxiddispersionen in dem Grundmetall vorgeschlagen 209,550 mm und mit einem Gewicht von 3969 g vorworden, daß man die erwähnte Zusammensetzung kalt 65 lag, wurde zu einem Flachbarren von 15,875 mm unter Erzielung einer Querschnittsverminderung von Dicke ausgeschmiedet. Dieser wurde dann zu einem weniger als 20%, vorteilhaft 10%, bearbeitet, die kalt Stab mit einem Durchmesser von 3,175 mm kaltbearbeitete Zusammensetzung vergütet, die restlichen verarbeitet und anschließend zu einem Draht mit