DE1758642C3

DE1758642C3 - Verwendung einer Nickellegierung als Werkstoff für elektrische Widerstandsdrähte

Info

Publication number: DE1758642C3
Application number: DE19681758642
Authority: DE
Inventors: Edward E. Shrewsbury Edmunds; Arthur S. Allenwood Lichter; Stephan Wyckoff Poch
Original assignee: Molecu-Wire Corp Farmingdale Nj (vsta)
Current assignee: Molecu-Wire Corp Farmingdale Nj (vsta)
Priority date: 1968-07-11
Filing date: 1968-07-11
Publication date: 1974-08-22
Also published as: DE1758642A1; DE1758642B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung von speziellen Nickellegierungen als Werkstoff für elektrische Widerstandsdrähte.

Aus der deutschen Auslegeschrift 1 093 995 sind Nickellegierungen bekannt, deren Zusammensetzung in die Zusammensetzungsbereiche der erfindungsgemäß verwendeten Legierungen einschneiden. Die bekannten Legierungen sollen jedoch vorzugsweise als hochwarm- feste und dauerstandsfeste Turbinen werkstoffe verwendet werden. Spezielle elektrische Eigenschaften spieien bei dieser Verwendung naturgemäß keine Rolle.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaf- fung von Werkstoffen, aus denen Drähte mit den erwünschten niedrigen Widerstandskoeffizienten und hohen elektrischen Widerstandswerten in reproduzierbarer Weise erhalten werden können. Der Draht soll €ine ungewöhnlich flache Temperatur-Widerstands- 5" kurve im Bereich von —55 bis H50C aufweisen und einen geregelten Temperaturkoeffizienten des Widerstandes, der je nach der speziellen Bearbeitung des Drahtes positiv, negativ oder gleich Null sein kann, besitzen. Ferner soll der Draht eine Kombination von hohem Widerstand, niedrigem Temperaturkoeffizienten des Widerstandes, verbesserter Stabilität und Einheitlichkeit der Beziehung zwischen Widerstand und Temperatur aufweisen.

Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung einer Nickellegierung, bestehend aus 15 bis 25%, vorzugsweise 17,5 bis 22% Chrom, 4,5 bis 5,5% Mangan, 4 bis 4,5% Aluminium, 0,9 bis 1,25% Silizium und Rest Nickel mit den üblichen herstellungsbcdingten Verunreinigungen, als Werkstoff für elektrische Wider-Standsdrähte. Alle Mengenangaben gelten in Gewichtsprozent.

Zu den herstellungsbedingten Verunreinigungen zählen dabei geringe Mengen von Spurenelementen, wie Oxydationsmitteln, Entgasungsmitteln und Verunreinigungen, wie sie bei der normalen kommerziellen Herstellung dieser Legierungen vorkommen.

In den erfindungsgemäß verwendeten Legierungen ist der spezielle Bereich des Chromgehalles weniger entscheidend, als die für die übrigen Legierungselemente angegebenen Bereiche, und es können so geringe Mengen, wie 15%, und so hohe Mengen, wie 25 % angewendet werden, ohne die durch die Anwesenheit°geeigneter Mengen an Aluminium. Mangan und Silizium erhaltenen Vorteile zu beeinträchtigen. Es wird jedoch ein Chromgehalt im Bereich von 19,5. insbesondere von 20 bis 21 % bevorzugt.

Der Mangangehalt der erfindungsgemäß verwendeten Legierungen ist besonders wichtig, da bei Oberschreiten von etwa 5,5°; Mangan die Legit/ungen äußerst schwierig warm verformbar sind und sehr stark zu Kantenrissen bzw. -brüchen neigen. Bei einem Mangangehalt unter etwa 4,5",, werden Stabilität und Temperaturkoeffizient des Widerstandes nachteilig beeinflußt, und es ist eine längere Wärmebehandlung zur Erzielung der gewüns;hten Eigenschaften erforderlich als bei dem erfindungsgemäD verwendeten Mangangehalt. Bei einer spezieilen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beträgt der Mangangehalt 5%.

Die Anwesenheit von Aluminium in Mengen von mehl als 4% erlaubt ebenfalls stark vereinfachte und verkürzte Wärmebehandlungen im Vergleich zu den bekannten Legierungen auf diesem Gebiet. Besonders bevorzugt wird eine Aluminiummenge von 4,3%.

Ein wichtiger Unterschied zwischen den erfindungsgcrnäß verwendeten und den üblichen als Widerstandsdrtiht verwendeten Legierungen liegt in der Anwesenheit von etwa 0,9 bis 1,25%, insbesondere etwa 1,1% Silizium, einer Menge, die ein Vielfaches der für einfache Deoxydation und Entgasung der Legierung erforderlichen Menge an Silizium darstellt. Die Anwesenheit dieser erhöhten Menge an Silizium erlaubt ebenfalls die Anwendung stark beschleunigter Wärmebehandlungen ohne Verlust der gewünschten Eigenschaften.

ErfindungsgemäD bevorzugt verwendete Legierungen sind solche, die neben den bereits genannten Legierurigsbestandteilen als Verunreinigungen nicht mehr als etwa 0,5% Cu, nicht mehr als etwa 0,9% Fe, maximal etwa 0,03",, C, weniger als etwa 0,005% P oder S und insgesamt weniger als etwa 0,3% an Deoxydationsmitteln und Entgasungsmitteln, z. B. Ti und Zr, enthalten.

Bei einer speziellen Ausführungsform der Erfindung wird erfindungsgemäß eine Nickellegierung verwendet, die einer äußerst schnellen Wärmebehandlung bei Temperaturen im Bereich von etwa 650 bis 1150C für eine ungewöhnlich kurze Zeitdauer, gewöhnlich 2 bis 15 Sekunden, vorzugsweise weniger als 5 Sekunden, unterworfen worden ist. Diese Wärmebehandlung erfolgte vorzugsweise sofort nach der Verarbeitung der Legierungen zu Draht durch eine Kombination von Warm- und Kaltverformungsschritten und vor der Einarbeitung in einen fertigen Gegenstand, z. B. einen Potentiometer, einen Drahtwiderstand oder eine andere elektrische oder elektronische Vorrichtung.

Beispiele von speziellen Legierungen (Angaben in Gew'chtsprozent), die erfindungsgemäß mit großem Erfolg verwendet werden können, sind in folgender Tabelle enthalten.

Vergleich Vergleich

Kohlenstoff Mangan ... Silizium ... Chrom — Aluminium Nickel ....

0,0!

3,26

1,16

20,40

3,97

Rest

Nach der Bearbeitung und Wärmebehandlung zeigten die Legierungen 2, 3 und 4 einen Temperaturkoeffizienten des Widerstandes von weniger als 1 Teil pro Million im Temperaturbereich von —55 bis +125°C sowie einen Nennwiderstand von wenigstens 0,527 Ohm pro cm Länge, gemessen an einem Draht mit 1 mm Durchmesser, während Legierung 5 mit dem höheren Mangangehalt während der Warmverformung zerfiel und Legierung 1 mit einem Mangangehalt unterhalb des gewünschten Bereiches einen Temperaturkoeffizienten des Widerstandes zwischen 3 und 5 Teilen pro Million (bei 25"'C als Vergleichstemperatur) im Bereich von —55 bis M 25"C aufwies, was nur eine sehr geringe Verbesserung gegenüber bekannten Legierungen darstellt.

Bei einer hier als Beispiel beschriebenen speziellen Ausführungsform der Erfindung wird die Legierung 3. die 0.004°_o S, 0,001 % P und 0,77 °_o Fe als Verunreinigung enthielt, wie folgt bearbeitet (wobei die beim \o Drahtziehen übliche Überzugs-, Reinigungs- und Beizverfahren weggelassen sind!:

1. Warmverformung zu einem Stab von 6,35 mm Durchmesser.

2. Wärmebehandlung bei 1150"'C.

3. Schnelles Abschrecken.

0,01 4,89 1,10

20,61 4,14

Rest

0,01 5,17 1,22

20,34 4,53

Rest

0,01 5,0 1,10 20,61 4,1 Rest

0,02 10,38

1,16 20,28

4,07 Rest

4. Nacheinanderfolgendes Ziehen zu folgenden Durchmessern: 3,56, 2,03 und 0,81mm und Wärmebehandlung des kontinuierlichen Stranges bei 1150⁰C nach jedem Ziehen.

5. Ziehen auf einen Durchmesser von 0,361 mm, von 0,102 mm und dann auf 0.0025 mm oder einen anderen gewünschten Enddurchmesser.

6. Wärmebehandlung in einem Gradient-Ofen unter nicht oxydierender Atmosphäre, wie z. B. gekracktem Ammoniak.

Die endgültige Wärmebehandlungstemperatur hängt zum Teil von dem Durchmesser des behandelten Drahtes, der Geschwindigkeit, mit der er durch den Ofen geleitet wird, und dem gewünschten Temperaturkoeffizienten ab. Gewöhnlich werden in dieser Stufe des Verfahrens Behandlungstemperaturen zwischen etwa 650 und 1150" C bei einer Zeitdauer von 2 bis 15 Sekunden angewandt.

Durch die vorliegende Erfindung wird erreicht, daß Drähte mit Werten des speziellen Widerstandes von wenigstens 0,52^ Ohm pro cm Länge, gemessen an einem Draht mit 1 mm Durchmesser und Temperaturkoeffizienten des Widerstandes von weniger als etwa 1 Teil pro Million, in einem Temperaturbereich von — 55 bis f 125³C in einfachr-r und reproduzierbarer Weise erhalten werden.

Claims

Patentansprüche:

1. Verwendung einer Nickellegierung, bestehend aus 15 bis 25 %, vorzugsweise 17,5 bis 22 % Chrom, 4,5 bis 5,5% Mangen, 4 bis 4,5?,, Aluminium, 0,9 bis 1,25% Silizium und Rest Nickel mit den üblichen herstellungsbedingten Verunreinigungen, als Werkstoff fur elektrische Widerstandst rähte.

IO

2. Verwendung einer Legierung der Zusammensetzung nach Anspruch 1, die zwischen 20 und 21 % Chrom enthält, für den Zweck nach Anspruch I.

3. Verwendung einer Legierung der Zusammen- »5 setzung nach Anspruch 1 oder 2, die 5% Mangan, 4,3 % Aluminium und 1,1% Silizium enthält, für den Zweck nach Anspruch 1.

4. Verwendung einer Legierung der Zusammensetzung nai.h einem der Ansprüche 1 bis 3 in Form eines Drahtes, der 2 bis 15 Sekunden lang zwischen 650 und 1150C schlußgeglüht worden ist, für den Zweck nach Anspruch 1.

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