DE1558805B2 - Verfahren zur herstellung von verformten werkstuecken aus dispersionsverstaerkten metallen oder legierungen - Google Patents

Verfahren zur herstellung von verformten werkstuecken aus dispersionsverstaerkten metallen oder legierungen

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DE1558805B2 DE19661558805 DE1558805A DE1558805B2 DE 1558805 B2 DE1558805 B2 DE 1558805B2 DE 19661558805 DE19661558805 DE 19661558805 DE 1558805 A DE1558805 A DE 1558805A DE 1558805 B2 DE1558805 B2 DE 1558805B2
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Description

3 4
Zwischenglühung bei einer Temperatur von etwa Die Dauer der Zwischenglühung ist nicht ent-
12050C erfolgt. scheidend. Während nämlich bei den bekannten Ver-
Die Erfindung wird nun an Hand von Zeichnungen fahren mit hoher Kaltverformung eine lange Vernäher erläutert. Es zeigt gütungszeit sich in einer starken Rekristallisation aus-
F i g. 1 eine Zeichnung nach einer Mikrofotografie 5 wirkt, ist diese Gefahr bei dem erfindungsgemäßen
eines Schnitts von einem Muster aus einem 97,5 Ge- Verfahren wegen der geringeren Anzahl von Ver-
wichtsprozent Nickel und 2,5 Gewichtsprozent Tho- Setzungen, die bei der beschränkten Kaltverformung
riumoxyd enthaltenden, durch Dispersion verstärktem erfolgt, wesentlich verringert. Die Zwischenglühungen
Metall, das, wie zuvor üblich, einer starken Kaltver- können in einer reduzierenden Atmosphäre erfolgen, formung unterzogen worden ist, in einer 600fachen Ver- io um die Bildung von Oxyden zu vermeiden und etwa
größerung, vorhandene Oxyde außer den dispergierten, schwer
Fig. 2 eine Zeichnung nach einer Mikrofotografie schmelzbaren Oxydpartikeln zu reduzieren. Es kann
eines Schnittes von einem Muster eines 97,5 Gewichts- auch eine inerte Atmosphäre verwendet werden, wenn
prozent Nickel und 2,5 Gewichtsprozent Thoriumoxyd die Entfernung verunreinigender Oxyde nicht notenthaltenden dispersionsverstärktem Material, das 15 wendig ist. Die optimalen Glühbedingungen für ein
nach der Erfindung behandelt worden ist, bestimmtes Ausgangsmaterial können an Hand von
Fig. 3 eine Zeichnung nach einem Elektronen- einfachen Versuchen leicht ermittelt werden,
schliffbild eines schmalen Bereiches vom Material in Die Kaltverformung wird so oft wiederholt, wie es
Fig. 1, das die Grundstruktur in 30OOOfacher Ver- notwendig ist, um ein schmiedbares Produkt der gegrößerung zeigt und 20 wünschten Abmessungen zu erhalten.
F i g. 4 eine Zeichnung eines Elektronenschliffbildes Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren herge-
eines schmalen Bereiches eines Materials, wie bei stellten Werkstücke besitzen eine verbesserte Wider-
F i g. 2, welches die Grundstruktur des erfindungsge- Standsfähigkeit bei hohen Temperaturen und haben
mäßen Materials in 30 OOOfacher Vergrößerung zeigt. eine neue Struktur, auf die — wie man annimmt — die
Das erfindungsgemäße Verfahren wird auf ein ver- 25 verbesserte Widerstandsfähigkeit zurückzuführen ist. dichtetes Ausgangsmaterial angewendet, das beispiels- Die neue Struktur kann am besten an Hand der Zeichweise aus metallurgischen Pulverzusammenstellungen nungen erklärt werden, welche auf mikrofotografivon einem oder mehreren Metallen und einem oder sehen Untersuchungen von Proben aus dispersionsvermehreren temperaturbeständigen Oxyden unter BiI- stärktem Nickel beruhen, die einerseits in üblicher dung eines Grünpellets hergestellt werden kann, das 30 Weise zwischen den Zwischenglühungen einer starken dann weiterbearbeitet wird und einen praktisch 100 °/0 Kaltverformung ausgesetzt worden sind und andererdichten Körper ergibt. Die zur Bildung der Grünpellets seits nach dem erfindungsgemäßen Verfahren einer verwendeten Pulverzusammenstellungen können aus begrenzten Kaltverformung unterworfen wurde, einer physikalischen Mischung von feinem metalli- F i g. 1 zeigt die Struktur einer Probe aus disperschem Pulver und ultrafeinen temperaturbeständigen 35 sionsverstärktem Nickel, das 2,3 Volumprozent Tho-Oxydteilchen bestehen; vorteilhaft ist jedoch die tem- riumoxyd als Dispersoid enthält und in üblicher Weise peraturbeständige Oxydkomponente der Zusammen- bearbeitet worden ist. Die Probe wurde durch Kaltverstellung in einem der Metallpulver eingearbeitet oder formung eines praktisch 100 % dichten Streifens von an dieses gebunden. Dadurch werden die Schwierig- 0,25 cm Anfangsdicke bis zu 0,025 cm Enddicke durch keiten der Absonderung und Anhäufung von Oxyd- 40 sechs Kaltwalzschritte von jeweils 30 °/0 und nachfolteilchen weitgehend vermieden, und man erhält eine gendem 30 Minuten langem Zwischenglühen bei gleichmäßigere Verteilung der Oxydteilchen in dem 12050C erhalten. Die Zeichnungen zeigen verhältnisverdichteten Ausgangsprodukt. · mäßig große Körner 10 dieses Materials und das Vor-
Für die Durchführung des erfindungsgemäßen Ver- handensein von Zwillingen 11.
fahrens wird das fast zu 100 °/o verdichtete Ausgangs- 45 F i g. 2 zeigt die Struktur einer Probe, die aus dem material einer Preß- oder Walzbehandlung unterzogen. gleichen verdichteten Ausgangsmaterial hergestellt Die dabei erfolgende Kaltverformung soll Vorzugs- wurde, aber gemäß der Erfindung bearbeitet wurde, weise weniger als 10 % betragen und 20 % nicht über- Das verdichtete Ausgangsmaterial von 0,25 cm Dichte steigen. Diese Kaltverformung wird mehrmals wieder- wurde durch Vornahme von 31 Reduktionen von je holt, wobei bei jedem Kaltverformungsvorgang darauf 50 10 %> gefolgt von 30 Minuten langem Zwischenglühen, zu achten ist, daß die Querschnittsverringerung weniger bei 12050C, reduziert. Es sei darauf hingewiesen, daß als 20% beträgt. Nach jeder Kaltverformung erfolgt die Körner 12 dieses Materials faseriger sind als die eine Zwischenglühung. Die Temperatur der Zwischen- Körner 10 des Materials in Fig. 1, welches einer glühung hängt natürlich von der Natur und der Zu- 30%igeQ Reduktion unterworfen worden ist. Auch» sammensetzung des zu behandelnden Materials ab. 55 treten keine vergüteten Zwillinge auf. Die Temperatur soll dabei einerseits so hoch sein, daß F i g. 3 und 4 beruhen auf Elektronenschliffbildern die restliche Deformation mit Sicherheit in einer ge- der Proben von F i g. 1 bzw. 2. Die Vergrößerung ist nügend kurzen Zeit rückgängig gemacht werden kann, 30 000, und der vergrößerte Bereich bezieht sich auf d. h., bei der die Versetzungen wandern können, die die Quadrate A und B in F i g. 1 und 2. F i g. 3 zeigt aber andererseits noch unterhalb der Rekristalli- 60 die Grundstruktur des Materials nach dem Stand der sationstemperatur und der Schmelztemperatur des Technik, welche durch großwinklige Grundkornranddispersionsverstärkten Metalls liegt, um eine Agglo- partien 13 und Teilrekristallisation, durch lange Vermeration der Oxydpartikeln und die Bildung neuen gütung der Zwillinge 14 und dichte Verfilzung der VerKornes zu vermeiden. Bei vielen Metallen und Legie- Setzungen 15 sichtbar geworden ist. Das erfindungsrungen gibt es einen Temperaturbereich unterhalb der 65 gemäße Material, das F i g. 4 zeigt, besitzt eine als Rekristallisationstemperatur, innerhalb von dem eine polygoner Unterbau bekannte Grundstruktur, welche Beseitigung der Eigenspannungen durch Erwärmung durch kleinwinklige Grundkristalle in den Randmöglich ist. partien 16 charakterisiert ist, und einen offenbaren
5 6
Mangel an Rekristallisation. Schwarze Flecken 17 sind Chrom-Thoriumoxyd-Magnesia-Streifen und die Hochsind die Thoriumoxydpartikelchen. die in jeder der temperatureigenschaften, welche durch Verändern des Proben des Nickelmaterials willkürlich verstreut sind. Grades der Kaltverformung erzielbar sind, be-
Das erfindungsgemäße Verfahren ist auf durch schreiben, dienen zur Erläuterung der Erfindung.
Dispersion verstärkte Metalle oder Legierungen an- 5
wendbar, welche eine bei hohen Temperaturen größere Beispiel 1
Beständigkeit entwickeln, als wenn sie nach den
üblichen Methoden hergestellt worden sind. Das Ver- Nickel-Thoriumoxyd-Pulver wird in einem Preßfahren ist insbesondere vorteilhaft bei Bearbeitung von stempel von 3,2 · 6,0 cm unter einem Druck von 100 t dispersionsverstärkten Metallen oder Legierungen auf io gepreßt und ein 60-g-Barren von 0,51 cm Dicke herder Basis von Nickel, Eisen, Kobalt und Kupfer mit gestellt. Die Nickel-Thoriumoxyd-Pulver waren auf dispergierten temperaturbeständigen Oxydpartikeln hydrometallurgischem Wege hergestellt worden und aus Y2O3, ThO2, MgO, CaO, ZrO2, SiO2, UO2, La2O3, haben folgende Eigenschaften:
BeO, Al2O3, HfO2, CeO2 oder TiO2 oder Mischungen Analyse:
von zwei oder mehreren der Oxyde. Kombinationen, 15 „ '. , _ Λ ^ . ,
bei welchen das Ausgangsmaterial ganz oder zum Teil Thonumoxyd 3 1 Gewichtsprozent
aus anderen Metallen einschließlich Beryllium, Magne- Schwefel 0,002 Gewichtsprozent
sium, Aluminium, Mangan, Chrom, Molybdän, Niob, Kohlenstoff 0,007 Gewichtsprozent
Tantal, Titan, Vanadin, Uran, Wolfram, Zirkonium, Wasserstoffverlust..... 0,8 »/0
Platin, Palladin, Gold und Blei bestehen, können 20 Nickel und zufallige Ver-
gleichfalls erfindungsgemäß bearbeitet und dadurch unremigungen r!L ,st ,
kann ihre innere Festigkeit bei erhöhten Temperaturen ^111^^ °lchte · · · · JJJ g/cm
unterhalb des Schmelzpunktes des Metalls oder der ;L™ bieb ^1V "J ■"'' ■ U'5i
Legierung verbessert werden. Die temperaturbeständi- lnonumoxyd-UroiSen-
gen Oxydteilchen sollen gleichmäßig in der Grund- 25 bereich 5 bls 15 Mlllimikron
substanz verteilt und kleiner als 1 Mikron, vorteilhaft Der Barren, welcher zu 60 % vorverdichtet ist, wird 5 bis 30 Millimikron groß, sein. Die Menge des tempe- in strömender Wasserstoffatmosphäre auf eine Temperaturbeständigen Oxyds kann von Spuren bis zu ratur von 1205° C erhitzt, um ihn für die Heißbearbei-30 Volumprozent variieren, was von der Art des ange- tung vorzubereiten und etwa gebildetes Nickeloxyd zu wandten Oxyds und den gewünschten Eigenschaften 30 entfernen. Dann wird der Barren gewalzt bis zur Erdes Endproduktes abhängt und soll normalerweise zielung eines Verformungsgrades von 50 %> wobei ein zwischen 2,0 bis 4,0 Volumprozent liegen. · praktisch 1000/oig dichter Streifen von 0,25 cm Dicke
Die Erfindung basiert auf der Beobachtung von tat- erzielt wird. Der Streifen wird dann in strömender
sächlichen physikalischen Ergebnissen. Es wird an- Wasserstoff atmosphäre bei 1205° C während 30 Minu-
genommen, daß diese Ergebnisse sich theoretisch 35 ten zwischengeglüht.
wie folgt erklären lassen: Die Herbeiführung kleiner Der Streifen wird dann gekühlt und um 10 % kalt-
Reduktionen, d. h. weniger als 20 0J0, während eines gewalzt. Vor der zunächst folgenden Kaltverarbeitung
Bearbeitungszyklus verringert die Anzahl von Ver- wird der Streifen während 30 Minuten bei 1205° C
Setzungen. Die Verringerung in der Versetzungsdichte zwischengeglüht und um 10 % kaltgewalzt, und das
ermöglicht eine freiere Bewegung und erleichtert es 40 Zwischenglühen wird so oft wiederholt, bis der Streifen
den Versetzungen, sich während der Zwischen- insgesamt 21 Kaltverformungs-und Zwischenglühungs-
glühungen in die polygone Grundstruktur einzu- zyklen durchgemacht hat und schließlich eine Dicke
ordnen. Mit der verringerten Anzahl von Bereichen von 0,025 cm aufweist.
der Deformation und Versetzungskonzentration ist. Die Zugfestigkeit des Streifens bei erhöhten Tempe-
auch eine wesentlich geringere Rekristallisation wäh- 45 räturen wird wie folgt gesteigert:
rend der Zwischenglühungen verbunden als sonst Zugfestigkeit des warmgewalzten Streifens bei 870° C
bei den intensiver kaltverformten Materialien auftritt. 1050 kp/cm2.
Dabei bleiben die während den kleinen Reduk- Äußerste Zugfestigkeit des kaltverformten Streifens
tionen gebildeten Versetzungen fest innerhalb der bei 870° C 1981 kp/cm2.
polygonalen Struktur und rufen keine Rekristallisation 5° p . . .,
hervor. Da das Material unter kleinen Reduktionen B e 1 s ρ 1 e 1 2
verarbeitet und wiederholt zwischengeglüht wird, Zum Vergleich der durch Kaltverformung von
wächst das Ausmaß an Versetzungen allmählich zu TD-Nickel nach dem erfindungsgemäßen und nach
einer enormen Höhe, während die Rekristallisation den üblichen Verfahren erhaltenen Festigkeit wird ein
auf einem Minimum gehalten wird. Die F i g. 3 und 4 55 60-g-Barren desselben Ni-ThO2-Pulvers, wie es im
zeigen klar den Unterschied im Grad der Rekristalli- Beispiel 1 verwandt worden ist, gepreßt, wie im
sation in den nach der üblichen Methode verarbeiteten Beispiel 1 vorverdichtet und von einer Streifendicke
Materialien und denjenigen, die erfindungsgemäß von 0,25 cm zu einer solchen von 0,025 cm durch
bearbeitet worden sind. Die feinverteilten Partikelchen sechs Kaltverformungsreduktionen von 30 % mit
der schwer schmelzbaren Oxyde haben die Wirkung, 60 nachfolgendem Zwischenglühen bei 1205° C während
daß sie die Versetzungen innerhalb der kleinwinkligen 30 Minuten reduziert. Das Endprodukt zeigt folgende
Kristalle der Randpartien oder der polygonen Struktur Eigenschaften:
durch Bildung von Hindernissen aufhalten und Zugfestigkeit des kalt verarbeiteten Materials bei
stabilisieren, welche die Bewegungen der Versetzungen 870°C 1610 kp/cm2.
verhindern, die normalerweise bei dem Erhitzen des 65 Es sei darauf hingewiesen, daß die Hochtemperatur-Materials auftreten. Zugfestigkeit des erfindungsgemäß verarbeiteten Ma-
Die folgenden Beispiele, welche die Herstellung von terials (Beispiel 1) um 23 % höher war als die nach
schmiedbaren Nickel-Thoriumoxyd- und Nickel- den üblichen Verfahren (Beispiel 2) erreichte.
Beispiel 3
Nickel-Thoriumoxyd-, Chrom- und Magnesiumpulver werden mechanisch gemischt und ein Gemisch von der Zusammensetzung: 2,5 Gewichtsprozent Thoriumoxyd, 0,5 Gewichtsprozent Magnesium, 20Gewichtsprozent Chrom und Rest Nickel, gebildet. Das Chrom und das Magnesium werden als handelsübliche Pulver, welche durch ein 325-Maschen-Standard-Tyler-Sieb gehen, verwendet. Das Nickel-Thoriumoxyd-Pulver ist dasselbe wie das im Beispiel 1 und 2 angewandte. Das Gemisch wird zu einem 30-g-Barren von 0,25 cm Dicke verpreßt und durch Warmverformung bis zu einem Streifen von 0,13 cm Dicke
verdichtet. Der Streifen wird dann sechs Walzschritten von je 10 °/o Verformungsgrad, gefolgt von 30 Minuten langem Glühen bei 1205°C nach jedem Kaltwalzschritt, unterworfen und ein Streifen von 0,05 cm Dicke erhalten. Die Zugfestigkeit des kalt verarbeiteten Streifens bei 87O0C beträgt 1659 kp/cm2.
Beispiel 4
Zum Vergleich wird ein Barren der gleichen Zusammensetzung wie im Beispiel 3 in der gleichen Weise wie dort verarbeitet, nur daß drei Querschnittsreduktionen von je 40% vorgenommen werden. Die äußerste Zugfestigkeit des kalt verarbeiteten Materials bei 87O0C beträgt 1127 kp/cm2.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
309 536/160

Claims (8)

1 2 von weniger als 1 Mikron in einer Menge von Spuren Patentansprüche: bis zu 30 Volumprozent, bei dem ein verdichtetes Aus gangsmaterial mehrfach kaltverformt und zwischen
1. Verfahren zur Herstellung von verformten den einzelnen Verformungsschritten jeweils zwischen-Werkstücken aus dispersionsverstärkten Metallen 5 geglüht wird.
oder Legierungen auf der Basis von Nickel, Eisen, Zur Herstellung von dispersionsverstärkten Metallen
Kobalt, Chrom, Kupfer, Molybdän, Niob, Tantal, oder Legierungen ist es bekannt, das verdichtete AusTitan, Vanadin, Uran, Wolfram, Zirkonium, Pia- gangsmaterial mehrmals starker Kaltverformung austin, Palladium, Gold und/oder Blei mit darin disper- zusetzen und zwischen den Verf onnungsvorgängen gierten schwer schmelzbaren Oxydpartikeln mit io Zwischenglühungen vorzunehmen,
einer durchschnittlichen Korngröße von weniger In der britischen Patentschrift 893 424 ist die Herais 1 Mikron in einer Menge von Spuren bis zu stellung von dispersionsversträktem Kupferdraht aus 30 Volumprozent, bei dem ein verdichtetes Aus- gesinterten Stangen von Kupfer, das eine Dispersion gangsmaterial mehrfach kaltverformt und zwischen von Aluminiumoxyd enthält, beschrieben, bei dem die den einzelnen Verformungsschritten jeweils zwi- 15 gesinterten Kupfer-Aluminiumoxyd-Stangen durch schengeglühtwird,dadurch gekennzeich- Walzen und Ziehen jeweils einer 10%igen Quernet, daß das verdichtete Ausgangsmaterial jeweils Schnittsverminderung unterzogen wurden und zwischen um weniger als 20% kaltverformt wird und daß den Walz- und Ziehvorgängen Zwischenglühungen die Zwischenglühungen jeweils bei einer Tempe- bei zunächst mehrmals 800° C, dann 6000C ausgesetzt ratur durchgeführt werden, die unterhalb der 20 wurden und bei dem der Draht anschließend bei 975 0C Rekristallisationstemperatur des dispersionsver- im Vakuum geglüht wurde, um die Korngröße durch stärkten Materials, aber oberhalb der Temperatur Rekristallisation zu standardisieren. Wenn ein durch liegt, bei der die Versetzungen zu wandern be- die Verformung ein hohes Maß an Versetzungen aufginnen, weisendes Metall bei einer Temperatur oberhalb der
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- 25 Rekristallisationstemperatur geglüht wird, bilden sich zeichnet, daß in jedem Durchgang der Kaltver- viele neue Kristalle, und das sich ergebende Produkt formung die Querschnittsfläche um weniger als ist feinkörnig. Um gleichmäßige Festigkeitseigen-10 % vermindert wird. schäften zu erzielen, ist eine solche feinkörnige Struktur
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch auch vielfach angestrebt worden.
gekennzeichnet, daß das durch Dispersion zu ver- 30 Die Erfindung besteht demgegenüber darin, daß bei stärkende Metall aus Nickel oder einer Legierung einem Verfahren der eingangs erwähnten Art das verauf Nickelbasis besteht. dichtete Ausgangsmaterial jeweils um weniger als 20 %
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekenn- kaltverformt wird und daß die Zwischenglühungen zeichnet, daß das durch Dispersion zu verstärkende jeweils bei einer Temperatur durchgeführt werden, die Metall eine Legierung aus Nickel und Chrom ist. 35 unterhalb der Rekristallisationstemperatur des disper-
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden sionsverstärkten Materials, aber oberhalb der Tempe-Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die ratur liegt, bei der die Versetzungen zu wandern beschwer schmelzbaren Oxydpartikeln aus Thorium- ginnen.
oxyd bestehen. Dadurch, daß erfindungsgemäß die Zwischen-
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekenn- 40 glühungen bei einer Temperatur durchgeführt werden, zeichnet, daß der Gehalt an Thoriumoxyd 2 bis die unterhalb der Rekristallisationstemperatur des 4 Volumprozent des verdichteten Ausgangsmate- dispersionsverstärkten Materials liegt, aber oberhalb rials entspricht. der Temperatur, bei der die Versetzungen zu wandern
7. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch beginnen, ist es überraschenderweise möglich, eine gekennzeichnet, daß das durch Dispersion zu ver- 45 noch größere Verfestigung zu erreichen, weil zwar ein stärkende Metall aus Nickel besteht und daß das hoher Grad an Versetzungen erreicht wird, aber dieser schwer schmelzbare Oxyd Thoriumoxyd mit einer nicht zu einer feinkörnigeren Struktur führt, sondern durchschnittlichen Korngröße von 5 bis 30 Milli- bei etwa gleicher Korngröße erhält dieses eine faserige mikron ist. Struktur mit polygonalem Aufbau.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, 50 Vorteilhaft wird in jedem Durchgang der Kaltverdadurch gekennzeichnet, daß das verdichtete Mate- formung die Querschnittsfläche um weniger als 10 °/0 rial die Form eines Bandes hat, die Kaltverformung vermindert.
durch Walzen vorgenommen wird und jede Zwi- Das durch Dispersion zu verstärkende Metall be-
schenglühung bei einer Temperatur von etwa. steht vorzugsweise aus Nickel oder einer Legierung 1205° C vorgenommen wird. 55 auf Nickelbasis, besonders vorteilhaft aus einer Legie
rung aus Nickel und Chrom.
Die schwer schmelzbaren Oxydpartikeln bestehen
vorzugsweise aus Thoriumoxyd, wobei der Gehalt an
Thoriumoxyd vorteilhaft 2 bis 4 Volumprozent des 60 verdichteten Ausgangsmaterials entspricht.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfin-
Herstellung von verformten Werkstücken aus disper- dung besteht darin, daß das durch Dispersion zu versionsverstärkten Metallen oder Legierungen auf der stärkende Metall Nickel ist und das schwer schmelzbare Basis von Nickel, Eisen, Kobalt, Chrom, Kupfer, Oxyd Thoriumoxyd mit einer durchschnittlichen Korn-Molybdän, Niob, Tantal, Titan, Vanadin, Uran, 65 größe von 5 bis 30 Millimikron ist.
Wolfram, Zirkonium, Platin, Palladium, Gold und/ Das verdichtete Ausgangsmaterial besitzt vorzugs-
oder Blei mit darin dispergierten, schwerschmelzbaren weise die Form eines Bandes, wobei die Kaltverfor-Oxydpartikeln mit einer durchschnittlichen Korngröße mung durch Walzen vorgenommen wird und jede
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