DE2055755C2

DE2055755C2 - Verfahren zur Herstellung von Gegenständen aus Kupferlegierungen, die in der Lage sind, ihre Gestalt zu ändern

Info

Publication number: DE2055755C2
Application number: DE2055755A
Authority: DE
Inventors: Greville Bertram Beaconsfield Buckinghamshire Brook; Roger Francis Ickenham Middlesex Iles
Original assignee: FULMER RESEARCH INSTITUTE Ltd STOKE POGES BUCKINGHAMSHIRE GB
Current assignee: FULMER RESEARCH INSTITUTE Ltd STOKE POGES BUCKINGHAMSHIRE GB
Priority date: 1969-11-12
Filing date: 1970-11-12
Publication date: 1986-12-04
Also published as: IL35632A0; FR2067253B1; CH580167A5; BE758862A; NL7016616A; IL35632A; CA970670A; US3783037A; NL172766C; USRE31474E; NL172766B; BR7023837D0; DE2055755A1; SE389690B; JPS5511740B1; FR2067253A1

Description

gestörten Martensit mit pseudokubischer Symmetrie umwandelt.

Weitere Beispiele for derartige ternäre Legierungen sind Aluminium-Bronzen, wobei das Gefüge des Martenslts von der Zusammensetzung abhängt. Fine Legierung mit 11» Aluminium ordnet sich nicht um vor der Transformation zu einem gestörten MartensU mit pseudokubischer Symmetrie. Eine Bronze mit 11 bis 13% Aluminium ordnet sich erst zu einem kubisch raumzentrierten Gefüge (Fe₃Al) entsprechend der theoretischen Zusammensetzung Cu₃Al um vor einer anschließenden Transformation zu einem gestörten Martensit mit pseudokubischer Symmetrie. Diese Gefüge auf der Basis von Kupfer/Aluminium-Legierungen besitzen geringere Duktllltät, als sie sich aus der Gefügefolge ergibt, die bei Legle- rangen auf der Basis von Kupfer/Zink auftreten. Die oben erwähnten Bronzen mit 11 bis 13% Aluminium sind von den Legierungen zu unterscheiden, die höhere AIurr.lniumgehalte aufweisen, in denen die geordnete kubisch raumzentiierte Phase in einen verzwilllngten Martensit transformiert wird, dessen Gefüge eine pseudohexagonale Symmetrie zeigt. Diese Legierungen haben eine so geringe Duktllltät, daß sie wenig praktischen Wert haben.

Die erfindungsgemäß bevorzugten Legierungen sind also solche, die bei Transformation einen gestörten Martensit mit pseudokubischer Symmetrie zu liefern vermögen. Solche finden sich z. B. In den ternären Systemen Kupfer/Alumlnium/Zlnk, Kupfer/Zlnk/Zlnn, Kupfer/Zlnk/SUlclum, Kupfer/Zlnk/Mangan, Kupfer/Alu- mlntum/Elsen und Kupfer/Aluminium/Nickel. Die Legierung kann natürlich zusatzlich verschiedene Verunreinigungen und/oder Begleitelemente enthalten einschließlich Legierungselemente, die die Eigenschaften der Legierung zu modifizieren vermögen, vorausgesetzt, daß eine Intermetallische Verbindung von Kupfer existiert, die die erforderliche Martensltumwandlung erleiden kann.

Bei den Legierungen kann es sich um solche mit 2 oder mehreren Phasen handeln, bei denen zumindest «o eine Phase eine intermetallische Verbindung von Kupfer - wie oben definiert - 1st. Die anderen Phasen oder zumindest eine der anderen Phasen kann aus einer primären festen Lösung bestehen.

Unter einer primären festen Lösung versteht man hler, « wenn Atome von einem oder mehreren Element(en) in ein reines Metall durch Platzwechsel eingeführt werden können, ohne daß das Krtstallgefüge geändert wird.

Eine intermetallische Verbindung Im Sinne dieser Erfindung 1st die einzelne Phase - Im Gegensatz zu der primären festen Lösung -, die erhalten wird, wenn zwei oder mehrere Elemente Im entsprechenden Mengenverhältnis legiert werden. Eine Intermetallische Verbindung hat Üblicherwelse ein anderes Gefüge als das oder die relne(n) Element(e) und umfaßt Im allgemeinen Verbindüngen einfacher Atomverhältnisse, wie Aß_y, worin A und B Elemente und χ und y Ziffernwerte unter 10 sind. Es werden auch solche Phasen eingeschlossen, die einen gewissen Lösllchkeltsberelch für Elemente um ein einfaches Atomverhältnis ohne Änderung des Kristallgefüges *° besitzen.

Der anormal geringe Elastizitätsmodul unter Last und die hohe Elastizitätshysterese der nach der Erfindung angewandten Legierungen geht aus den F1 g. 7 und 8 deutlich hervor. Flg. 7 zeigt das Verhalten einiger Leglerangen nach Deformation unter dem Af,-Punkt und Flg. 8 Deformation zwischen den Af₁- und Af,-Punkten. Bei steigender Temperatur der Umformung, und zwar über Af₁ gegen M_d, zeigen die Legierungen das in Fl g. 9 dargestellte Verhalten, wonach merkliche Anteile von beibehaltener Spannung nur vorliegen, wenn die Legierungen jenseits der Grenze für Pseudoelastizität im Sinne der Flg. 9 verformt wurden.

Es wurde festgestellt, daß die erfindungsgemäß angewandten Legierungen eine hohe innere Reibung oder ein Dämpfungsvermögen besitzen, wenn sie erfindungsgemäß wärmebehandelt werden, d. h. von einer entsprechenden Temperatur In der Welse abgekühlt werden, daß eine martensltlsche Umformung stattfindet. Die innere Reibung oder Dämpfungskapazität erreicht bei Temperaturen nahe dem Af₁- und Af,-Punkt die höchsten Werte.

In Legierungen, deren Af₅-Punkt über Raumtemperatur liegt, wird bei Abschrecken auf -196° C im martensltlschen Zustand und Verformung bei dieser Temperatur nach der Erfindung die ursprüngliche Gestalt beim Aufwärmen über die ^-Temperatur in zwei Stufen wieder erreicht. Wird die Legierung unter Spannung bei -196° C deformiert, so findet eine langsame Kontraktion beim Aufwärmen von -196 auf 20⁰C statt, wodurch die normalerweise erwartete Wärmedehnung ausgeglichen wird. Diese Legierungen verhalten sich so, als ob sie Innerhalb dieses Temperaturbereichs eine Wärmedehnung von 0 oder nahezu 0 besitzen.

Es wurde festgestellt, daß der Grad oder das Ausmaß der Formänderung beim Erwärmen eines aus diesen Legierungen hergestellten und erfindungsgemäß wärmebehandelten Gegenstandes herabgesetzt oder sogar verhindert werden kann, Indem genügend Spannung angelegt wird, die dieser Gestaltsänderung entgegenwirkt. Bei Aufhebung dieser Spannung beim Erwärmen bei einer höheren Temperatur, d. h. über dem y^-Punkt, erfolgt die Gestaltsänderung spontan anstelle Ober einen Temperaturbereich, wie dies der Fall ist bei Abwesenheit einer entgegengerichteten Spannung. Diese Spannung, die zur Verhinderung der Gestaltsänderung erforderlich ist, während auf eine bestimmte Temperatur erwärmt wird, 1st ein Maß für die Kraft, die diese Legierung zu entwickeln vermag, wenn sie äußere Arbelt leisten soll.

Dieses Verhalten kann auf verschiedene Welse nutzbar gemacht werden. Eine Möglichkeit besteht darin, ganz oder teilweise die Gestaltsänderung durch Anlegen einer Spannung zu verhindern und dann die bei Aufhebung der Spannung freiwerdende Kraft oder Energie dazu zu nutzen, eine Vorrichtung plötzlich zu betätigen, z. B. über einen Hebel oder Aufschlagen auf einen Stift, Deformleren oder Brechen eines entsprechenden Elements oder dergleichen. Eine andere Möglichkeit zur Nutzbarmachung der entwickelten Kraft Hegt darin, ein solches Bauteil langsam über den Temperaturbereich A₁-A_e zu erwärmen, während es eine gleichbleibende oder zunehmend steigende Kraft auf ein Betätigungselement der Vorrichtung ausübt. Durch Regelung der Temperatur kann die Geschwindigkeit und das Ausmaß der Kraftsteigerang oder der Bewegung geregelt werden.

Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann man an den Gegenstand aus der Legierung in der Hochtemperaturphase eine Last zur Einwirkung bringen, welche eine Spannung hervorruft, die Ihrerseits die gewünschte Gestalt für die Tieftemperaturphase Induziert.

Die Last oder Belastung kann aufgebracht werden durch Verformen der Legierung In der Hochtemperaturphase, teilweise In Richtung auf die für die Tieftemperaturphase gewünschte Form. Die Temperatur wird anschließend soweit abgesenkt, daß die Legierung In Ihre Tieftemperaturphase übergeht. Die Änderung in die Tief-

temperaturphase Ist - ohne Einwirkung einer Süßeren Kraft - von einer kontinuierlichen Gestaltsänderung in die gewünschte Form begleitet.

Diese durch die Erfindung erschlossenen Möglichkeiten haben große praktische Bedeutung. Eine Legierung kann man bei vergleichsweise hoher Temperatur In einen Zustand bringen, In dem sie sich spontan bei tieferen Temperaturen In eine neue Form verformt, welche durch die anfängliche Deformation bei hoher Temperatur diktiert 1st. Es ist folglich unnötig, die Legierung bei tiefen Temperaturen zu bearbeiten. In der Praxis wird die metastabile Hochtemperaturphase der Legierung zwischen die Transformationspunkte M_d und Af₁ abgekühlt, wobei M_d die Temperatur der beginnenden Martenslttransformation unter Spannung und M_s die Temperatur der beginnenden Martcnslttransforniation ohne Spannung 1st. Be! manchen Legierungen sollte die Temperatur möglichst nahe an den Λ/,-Punkt kommen, d. h. Innerhalb eines Bereichs von 10 K, um die gewünschte restliche Innere Spannung durch diese teilweise Verformung zu erreichen. In anderen Legierungen sind größere Bereiche über M₁ möglich.

Die geeignete Temperatur für eine gegebene Legierung laßt sich leicht experimentall feststellen. Die Legierung wird dann ein wenig verformt, d. h. weniger als die Endlast, die für die Tieftemperaturphase wünschenswert 1st. Dann wird weiter unter M_s abgekühlt, während die Legierung ihre Gestalt weiter In Richtung auf die vorher vorgenommene Umformung ändert. Beim Aufwärmen ist diese Gestaltsänderung ganz oder teilweise reversibel; beim neuerlichen Abkühlen erfolgt die Umwandlung In die Tieftemperaturform spontan. Weiteres Aufwärmen und Abkühlen Ist von weiteren Formänderungen begleitet.

Bei einer anderen Ausführungsform des erflndungsgemSßen Verfahrens wird die Legierung In der Tieftemperaturphase in die gewünschte Form gebracht und die Last durch Temperatursteigerung so zur Einwirkung gebracht, daß die Legierung in die Hochtemperaturphase unter Zwang zur Verhinderung einer Gestaltsänderung übergeht.

Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet somit die Herstellung von Gegenständen, die durch Wärmebehandlung Ihre Gestalt zu verändern vermögen, welches folgende Verfahrensschritte umfaßt:

a) Formen der Legierung bei erhöhter Temperatur T_H In eine erste Form F₁,

b) Abkühlen von dieser Temperatur T₁₁ auf eine tiefere Temperatur T_n,

c) Verformen des Gegenstandes bei der tieferen Temperatur T_n In die zweite Form F₂, wobei die Temperature T₁₁ and T_n derart gewählt sind, daß bei W!ederaufwärmen ohne Zwang auf eine entsprechende Temperatur der Gegenstand zumindest teilweise die erste Form Fj wieder annehmen würde und

d)· Aufwärmen des Gegenstandes auf eine solche Temperatur unter Zwang, daß eine Formänderung verhindert wird. Abhängig von der angewandten Temperatur und dem beabsichtigten Anwendungszweck des Gegenstandes kann dieser auf eine tiefere Temperatur nach dem Wiederaufwärmen unter Beibehaltung seiner zweiten Form abgekühlt werden. Wird der Gegenstand dann ohne Zwang wieder aufgewärmt, so erfolgt ganz oder teilweise die Änderung der Form von F₂ In F₁; jedoch wird beim Abkühlen neuerlich die Form F₂ ganz oder teilweise erreicht. Bei wiederholtem Auf warmen und Abkühlen erfolgt eine wiederholte Formänderung.

Das Vorsehen eines Zwangs beim Wiederaufwärmen induziert bei hoher Temperatur eine restliche Innere Spannung In der Legierung, so daß - wie angenommen werden kann - beim Abkühlen die Kerne, die bei der Transformation aktiviert wurden, diejenigen sind, welche die ursprüngliche Formänderung bei der Deformation bei tiefer Temperatur hervorriefen. Diese Aktivierung dürfte durch teilweise anfängliche Deformation vor dem Abkühlen In die Tieftemperaturphase erhalten werden, wenn berücksichtigt wird, daß ausreichend Kerne der martensitlschen Tieftemperaturphase durch die anfängliche Deformation bei solcher Orientierung aktiviert wurden, daß beim Abkühlen die Legierung Ihre Formänderung fortsetzt.

Das Wiederaufwärmen unter Zwang 1st besonders zweckmäßig, da dadurch die obere Temperatur T₁₁, auf die die Legierung erwärmt wird, so weit über der Transformationstemperatur angesetzt werden kann, daß die dauernde Reversibilität der Form bei Abwesenheit des Zwanges verlorengehen würde. Nichtsdestoweniger darf die obere Temperatur nicht ausreichen für die Relaxation der Spannung infolge plastischer Deformation, wie Kriechen, oder für den Verlust der Reversibilität.
In allen Fällen soll die Temperatur, auf die die Leglerung erhitzt wird, für eine Alterung oder ein Tempern zu gering sein. Wenn eine Ausscheidung stattfindet, so

nimmt die Legierung ihre Hochtemperaturform endgültig

Es wurde festgestellt, daß der Zwang nicht Immer in Form äußerer mechanischer Mittel - wie durch eine Einspannvorrichtung - aufgebracht werden muß. In manchen Fällen führt eine Oxidhaut, ein Metallüberzug oder dergleichen bereits zu dem erforderlichen Zwang.
Die erfindungsgemäß hergestellten bei Temperaturänderung ihre Gestalt ändernden Gegenstände gestatten deren Anwendung auf einem großen Gebiet. So können aus diesen Produkten z. B. Rohre für Kupplungen, wobei die Rohre ihre Gestalt ändern und damit zwei Maschinenelemente miteinander zur Einwirkung bringen, oder temperaturempfindliche Bauteile In Schaltanlagen oder Federn hergestellt werden.

Die Erfindung wird an folgenden Beispielen näher erläutert. Die Mengenangaben der Legierungszusammensetzungen sind Gew.-X.

Beispiel 1

Legierungen aus dem System
Kupfer/Aluminium/Zink

so Ein Vorteil dieses ternären Systems liegt darin, daß die Legierungen Λ/,-Punkte zwischen den hohen des Kupfer/ Aluminium-Systems und den niederen des Kupfer/Zlnk-Systems aufweisen können. Die bevorzugten Legierungszusammensetzungen liegen Im Bereich A-B-C-D^E-A des Dretetoffsystems in Fig. 1 und zwar

A 87 xCu, 13 XAl
β 90 XCu, 10 XAl
C 61,4XCu, 38,6xZn
„ D 58,5XCu, 4UXZn

£ 76 XCu, 13,5XZn, lO^XAl

Nach Abschrecken bei 950PC und Umformen bei Temperaturen Ober oder unter dem Λί,-Punkt zeigen alle Legierungen die gewünschten Eigenschaften, wenn sie über ihren A ,-Punkt erwärmt werden.

• Es wurde eine Legierung (Nr. 493) aus 65.75X Cu, 2,5X Al, 31,75x Zn, Μ,-Punkt -105⁰C, untersucht. Die Prüfkörper wurden sowohl ober als auch unter dem M₁-

Punkt verformt. Die Ergebnisse sind In der Tabelle zusammengefaßt.

Tabelle 1

Der. Temp.	20	Def.	scheinbare	bei	gewinn
	20		elastische	behaltene	bare
	- 84		Kontraktion	Last	Last
⁰C	- 84	%	%	%	%
- 84	5*)	_
- 84	3	1,2	1,8	0*1
-!04	13*)	_	_	_
-104	3	2,8	0,2	0,1
-104	6	5,4	0,6	0,5
-125	10	6,8	3,2	2,0
-125	16·)	_	_
-125	10	3,8	6,2	5,4
-125	14	4,4	9,4	7,3
-196	16·)	_	_
-196	8	2,4	5,6	5,6
-196	14,5	3	11,5	9,35
-196	15,5	3.	12,5	10,25
-196	9*)	_	_	_
3	1,3	1,7	1.7
6	1,3	4,7	4,4
8	1,8	6,2	5,7
8,5	1,9	6,6	6,1

*) Maximal mögliche Deformation vor Bruch. Die Prüfkörper wurden bis zum Bruch getestet.

Aus diesen Ergebnissen kann man entnehmen, daß maximale Erholung In die ursprüngliche Form beobach-

Tabelle 2

tet werden kann bei Prüfkörpern, die bei einer Temperatur entsprechend M_e, In diesem Fall bei -125⁰C, verformt wurden, da bei dieser Temperatur der Martenslt stabil Ist und geringe elastische Erholung Infolge reverslbler Transformation bei Aufheben der Belastung stattfindet. Die Ergebnisse zeigen auch die Abhängigkeit des Ausmaßes der Erholung von dem Ausmaß, um das die Deformationstemperatur unter dem Λ/,,-Punkt Hegt, d. h. je größer die Temperaturdifferenz zwischen M_e und der

ίο Deformationstemperatur war, um so geringer Ist der Anteil an Erholung für eine gegebene Umformung.

Die Ergebnisse zeigen jedoch auch, daß eine Erholung bei Prüfkörpern beobachtet werden kann, die über dem Λ/,-Punkt verformt wurden. Das Ausmaß der Erholung

is sinkt, wenn die Deformationstemperatur über dem M₅-Punkt steigt. For eine Legierung, die Ihre Gestalt nach einer Wärmebehandlung zu verändern vermag und bei einer Temperatur über dem A/_S-Punkt deformiert wurde, beträgt die maximale Temperaturdifferenz zwischen Deformationstemperatur und dem M₅ -Punkt annähernd 100⁰C. Bei solchen Temperaturen 1st der Anteil an Erholung extrem gering. In der Praxis wird man daher eine Temperatur möglichst nahe dem A/_S-Punkt anwenden. Beim Umformen von Legierungen, deren Af_s-Punkt über 15O⁰C Hegt, 1st zu beachten, daß eine Zerstörung

der /!-Phase in einem solchen Ausmaß stattfinden kann,

daß der Restanteil an ß-Phast einen wesentlichen tiefer

liegenden Α/,-Punkt aufweist.

Eine ähnliche Versuchsreihe wurde mit einer Anzahl anderer Legierungen durchgeführt. Die Ergebnisse sind In der Tabelle 2 zusammengefaßt.

Legierung	Def. Temp.	Def.	scheinbare	beibehaltene	gewinnbare
Nr.			elastische	Last	Last
			Kontraktion
	⁰C	%	%	%	%

507

M, -50° C

-196 -196 -196 -196

- 54

- 54 + 25 + 25

508

M, -10° C

510

M_s -50°C

-196 -196

- 16

- io 25 25 20 20 20

6,6*)	—	—	—
6,0	1,4	4,6	4,4
4,9	1,3	3,6	3,5
3,9	1,0	2,9	2,55
8,4·)	-	-	-
8,1	2,3	5,8	4,8
4,5	1,6	2,9	2,65
4,0	-	_	-
2,0	1,5	0,5	0,2
6,8·	_	_	-
6,6	1,2	5,4	3,75
7,1*	-	-	■ -
6,1	2,i	4,0	4,0
6,8	-	-	-
63	5,7	0,7	0,2
6,0·	—	—	-
5,0		3,6	2,8
3,0	1,0	2,0	U

·) Maximal mögliche Deformation vor Brach. Die PrOfkörper wurden bis Bruch geprüft.

Die Zusammensetzung der In der Tabelle 1 genannten Legierungen war folgende:

Nr. 507:72 56 Cu, 22% Zn, 6 «Al Nr. 508: 75,5 % Cu, 17* Zn, 7,5 * Al Nr. 510: 82^5% Cu, 6% Zn, 11,75« Al

Aus den Versuchsergebnissen mit den Legierungen 493, 507, 508 und 510 ergibt sich, daß nach Umformen 65

bei einer Temperatur unmittelbar unterhalb dem M_s-Punkt das Ausmaß der In der Wärme gewinnbaren Belastung oder Erholung beim Wiederaufwärmen über den y^-Punkt sehr nahe an das Ausmaß der beibehaltenen Defonnation herankommt, die die PrOfkörper unter der Belastung erlitten. Es wird darauf hingewiesen, daß mit steigendem Aluminiumgehalt und fallendem Zinkgehalt In der Reihenfolge 493, 507, 508 und 510 die maximale

Duktllltät derartiger ternärer Legierungen bei Umformen bei oder knapp an dem A/_S-Punkt absinkt. Die maximale Duktllltät (gemessen als gesamte Belastung) kann realisiert werden bei den binären Kupfer/Zink- und Kupfer/Aluminium-Legierungen, wenn diese zwischen dem M₅- und Λ/,-Punkt um 25% bzw. 296 umgeformt werden.

Nach dem Umformen bei der Μ,-Temperatur kann offensichtlich bei allen diesen Legierungen des genannten Systems die gesamte beibehaltene Last durch Erwärmen wiedergewonnen werden mit Ausnahme bei sehr hoher Deformation, z. B. über 10%. Trotzdem sinkt die maximale in der Wärme wiedergewinnbare Last bei Ersatz des Zinks durch Aluminium.

Der M_s-Punkt der Legierungen 493, 507, 508 und 510 liegt unter 100⁰C. Eine Anzahl von Versuchen wurde mit Legierungen durchgeführt, deren Λ/,-Punkt über 100⁰C Hegt, nämlich

Legierung 483 aus 85,75% Cu, 11,75* Al, 2,5% Zn,
Legierung 484 aus 84 % Cu, 11,25% Al, 4,75% Zn und Legierung 485 aus 82,25% Cu, 10,5% Al, 7,25% Zn.

Die Mj-Punkte dieser Legierungen liegen bei 250 bzw. 170bzw. 14O⁰C.

Die Untersuchungen wurden an Prüfkörpern durchgeführt, die zwischen -196 und +300" C deformiert wurden. Da bei Umformung bei jeder Temperatur eine Erholung beobachtet werden konnte, verhalten sich diese Legierungen in ähnlicher Weise wie die oben erwähnten, indem deren Erholung nach Deformation bei Temperaturen über oder unter dem Λί,-Punkt erfolgt. Die Versuchsergebnisse sind In der Tabelle 3 zusammengefaßt.

Tabelle 3

Legierung

Def. Temp.

beibehaltene Last

gewlnnbare Last

M, 250° C

AZ₁HO⁰C

AZ₁ 140° C

300

250

150

20

-196

220

170

70

20

-196

180

130

20

-196

2,0	0,35
3,8	1,65
3,0	1,25
2,6	0,95
4,0	1,9+C
3,0	U
Bruch	-
3,6	1,4
3,2	1,6
3,2	2,0+C
3,3	2
3,5	1,7
3,0	1,65
5,0	3,9+C

+ C Wärmedehnungskoefftzient = 0

Eine wichtige Beobachtung bed dieser Versuchsreihe bestand darin, daß anscheinend eine doppelte Erholung in den Prüfkörpern, die bei -196° C verformt waren, auftrat Nach einer Zagumformung bei -196° C erfolgte eine sehr geringe Kontraktion (d. h. Erholung) von ungefähr 035% Ober einen Temperaturbereich um -120° C Bei weiterem Aufwärmen des Materials wurde eine Wärmedehnung bis zum /(,-Punkt beobachtet, an dem dann eine starke Kontraktion erfolgte. Die Erholung zwischen -1% .und 20° C ergibt sich aus einem einfachen Biegeversuch. Dieses Phänomen konnte auch bei der Legierung 510 beobachtet werden. Obzwar die erste Stufe der Erholung oder Formänderung sehr gering ist, da sie auf die entgegengesetzte Richtung zu der normalen Wärmedehnung wirkt, scheinen die Legierungen einen Wännedehmmgskoefflzient von 0 über einen weiteren Temperaturbereich von angenähert -196 bis 80° C aufzuweisen. Dieses Phänomen ist außerordentlich ähnlich dem, wie man es bei den handelsüblichen Invar-Leglerungen beobachtet (Invar-Leglerungen sind Invar-Stähle mit etwa 35% Nikkei, die über einen weiten Temperaturbereich einen Ausdehnungsbeiwert von insgesamt 0 zeigen. Dieser Bereich Ist abhängig sowohl von der Zusammensetzung als auch von der Wärmebehandlung).

to Um zu zeigen, daß das Ausmaß der Gestaltsänderung beim Erwärmen von erfindungsgemäßen Legierungen verringert werden kann durch Anlegen entgegengerichteter Spannungen, wurde ein Prüfkörper aus der Legierung 493 unter Spannung bei -196° C für eine Last von 4,5% verformt. Die Prüfkörper wurden dann auf Zug beansprucht und auf Raumtemperatur erwärmt, die beträchtlich über der /!,-Temperatur liegt. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 4 zusammengefaßt.

Tabelle 4

beibehaltene Perm. Def. RQckformung maximale Last ROckformung

kg/cm² % % %

25	351,5	4,5	4,5	100
703	4,5	4,45	99
1054,5	4,5	4,25	94
1406	4,5	3,65	82
30 1757,5	4,5	4,60	80
2109	4,5	3,20	72
2460,5	4,5	2,25	50
4,5	0	0

Bei Aufhebung der Zugbeanspruchung oder Last beobachtete man eine spontane Kontraktion.

Beispiel 2
Legierungen aus dem System Kupfer/Zlnk/Zlnn

Bevorzugte Legierungen dieses Systems entsprechen den ternaren Zusammensetzungen nach dem Dreistoffsystem der Flg. 2 des Bereichs A-B-C-D-E-F-A:

A 584% Cu, 41,5% Zn

B 61,4% Cu, 38,6% Zn

C 66,7% Cu, 7,8% Sn, 254% Zn

D 63,7% Cu, 11,0% Sn, 25,3% Zn

£ 59^% Cu, 40,7% Zn

F 66 % Cu, 254% Zn, 84% Sn

Alle Legierungen Innerhalb dieses Bereichs des Drel-Stoffsystems zeigen eine Erholung oder Rückbildung der Gestalt bei Erwärmung aber ihren /4,-Punkt nach Deformation bei einer Temperatur entweder unter oder über ucui m_t-ft «2S&1.

Damit die Legierungen Innerhalb des Bereiches ss AEFDA des Drelstoffsystems die gewünschten Eigenschaften zeigen, müssen sie mit Wasser von ^ 750° C abgeschreckt werden. Legierungen außerhalb dieses Bereichs, z. B. im Bereich EBCFE, müssen von höheren Temperaturen abgeschreckt werden. Bei den zinkreichen «0 Legierungen (d. h. im Bereiche BE) muß die Abschrekkung von ^ 850° C erfolgen. Mit steigendem Zinngehalt fällt allmählich die Abschrecktemperatur, das Ist die Temperatur, von der die Abschreckung erfolgen muß, bis zu den Legierungen auf der Linie CF, wo die Abschrecktemperatur ^ 810° C beträgt.

Die Legierungen dieses Systems zeigen ähnliche Eigenschaften wie die des Systems Kupfer/Alumlnium/Zmk, d. h. die Streckgrenze hat ein Minimum und

die Duktllltät (das Ist die Bruchlast) ein Maximum, wenn die Umformung bei den M_s -Punkten erfolgte. Mit zunehmendem Ersatz des Zinks durch Zinn fallt die Duktllltät ab.

Eine dieser Legierungen - nämlich 488 aus 63,85% Cu, 31,25« Zn, 4,9% Sn mit einem M₅-Punkt von -70⁰C-wurde geprüft. Man stellte dabei ein neues Phänomen fest, nämlich eine Erscheinung, die als reversible, durch Wärmebehandlung gewinnbare Last bezeichnet werden kann. Das war das erste Mal, daß ein derartiger Effekt festgestellt werden konnte.

Die physikalischen Eigenschaften dieses Phänomens können wie folgt beschrieben werden.

Wenn ein gerader Prüfkörper aus der Legierung von 800⁰C In Wasser abgeschreckt wird, wird das y3-Gefüge

als meta-stablles orientiertes ß"-Gefüge beibehalten. In diesem Fall findet die. Martenslt-Transformatlon nach Abkühlen unter 0° C statt. Wird bei dieser Temperatur der Prüfkörper rechtwinklig abgebogen, so streckt er sich wieder, wenn er auf seinen /!,-Punkt aufgewärmt wird. Bei weiterem Erwärmen auf etwa 25O⁰C findet eine spontane Gestaltsänderung In die ursprüngliche Richtung statt, d. h. der Prüfkörper biegt sich wieder zu einem rechten Winkel. Das Ausmaß dieser so genannten reversiblen, in der Wärme gewinnbaren Last ist vergleichsweise gering, jedoch kann man diesen Anteil durch entsprechende Auswahl der Deformationstemperatur und des Mikrogefüges erhöhen.

Die Ergebnisse dieser Versuchsreihen sind In der Tabelle 5 zusammengefaßt.

Tabelle 5

Def.	Def.	scheinbare	beibehaltene	gewinnbare	reversible
Temp.		elastische	Last	Last	gewinnbare
		Erholung			Last
⁰C	%	%	%	%	%

-115	4,5«)	-	-	-	-	*el.*
-115	4,2	1,2	3	2,7	0,55
- 77	4,5	-	-	-	-
- 77	4	1,1	2,9	2,75	0,35
- 67	7·)	—	_	_	_
- 67	4	1,2	2,8	2,4	0,4
- 67	6	1,8	4,2	3,6	1,0
- 54	6·)	_	_	_	_
- 54	4	1,45	2,55	2,3	0,45
- 26	5·)	-			_
- 26	4	1,6	2,4	1,7	0,55
+ 25	4,5	-		_	_
+ 25	4,2	2,2	2,0	1,05	0,6
+ 50	4,5·)	-	-		-
+ 50	4	2,4	1,6	0,1	0,75
*) Maximal mögliche Deformation. Der PrOfI	cörper wurde bis	zum Bruch eetesi

Die Legierung 488 wurde auch dazu herangezogen, um das Phänomen der unterdrückten Erholung bei der Erwärmung unter Zwang zu zeigen. Die Prüfkörper wurden um 2,8% durch Zug bei -8O⁰C verformt und dann eine Last von 2100 kg/cm² angelegt. Beim Aufwärmen auf Raumtemperatur sinkt das Ausmaß der In der Wärme gewinnbaren Last mit steigender Spannung, wie dies aus der Tabelle 6 hervorgeht.

Tabelle 6

beibehaltene	Perm. Def.	Ruckformung	maximale
Last			Rückformung
kg/cm²	%	X	%
0	2,8	2,6	100
703	2,8	245	99
1406	2,8	2,1	75
17574	2,8	1,95	70
409		1,75	60
24604		Bruch

Dehnung, sobald der Prüfkörper über den /4_S-Punkt erhitzt wird. Werden diese Prüfkörper überlastet, so tritt Dehnung bis zum Bruch auf. Wird der Prüfkörper unter Zwang konstanter Last erwärmt, so erfolgt die Spannungsrelaxation beim /l_s-Punkt, sobald die Spannung infolge der Transformation die Streckgrenze erreicht. Es so kommt folglich zu keinem Bruch. Dies verringert den Anteil der gesamten gewinnbaren Last, wenn der Zwang aufgehoben wird.

Beispiel 3 Legierungen des Systems Kupfer/Zlnk/Silicium

Bei Aufhebung der Spannung bei hoher Temperatur konnte eine vollständige Erholung auf 2,6% beobachtet werden. Wenn die angelegte Spannung die Streckgrenze der Hochtemperaturphase übersteigt, erfolgt eine schnelle Die bevorzugten Legierungen liegen Innerhalb des Drelstoffsystems Kupfer/Zlnk/SUicium der Fig.3, d. h. im Bereich A-F-B-C-G-D-E-A, die folgenden Zusammensetzungen entsprechen:

A 58496Cu, 414% Zn

B 61,4% Cu, 38,6% Zn

C 77,2% Cu, 19,3% Zn, 34% Sl

D 75 96 Cu, 19,896 Zn, 5,2% Si

E 68 %Cu, 28 %Zn, 4 %Sl

F 60,2% Cu, 39,8% Zn

G 77 %Cu, 19^% Zn, 3,796Si

Alle diese Legierungen Innerhalb dieses Bereichs des Tabelle Dreistoffsystems zeigten die gewünschten Eigenschaften, wenn sie über Ihren Λ,-Funkt nach der Deformation erwärmt wurden, wobei die Deformation entweder Ober oder unter dem AZ₁-Punkt stattfand.

Die Legierungen innerhalb des Flächenbereichs AFGDEA zeigen die gewünschten Eigenschaften der Erholung in der Wärme, jedoch müssen sie dazu von δ 825° C abgeschreckt werden. Für Legierungen Innerhalb des Bereichs BCCFB darf die Abschreckung nicht ίο < 850° C einsetzen.

Diese Legierungen haben ähnliche Eigenschaften wie die anhand der Flg. 1 und 2 erläuterten Systeme. Sie zeigten also minimale Streckgrenze und maximale Duktllltät, wenn die Umformung zwischen den Punkten M_s und M₁ erfolgte.

Es wurde die Legierung 521 aus 63,7596 Cu, 34,5% Zn, 1,75% Sl mit einem Λ/,-Punkt von -14O⁰C untersucht. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 7 zusammengestellt.

Def. Temp. Last	scheinbare	bei	gewinn
	elastische	behaltene	bare
	Erholung	Last	Last
⁰C %	56	%	*

+ ₊ ₊ ₊ + ioo +100

7,8 ·) -

6,6 1,7

5 1
6,5·) -

6 3,5

4,9 1,85

4 2,95

2,5 1,7

20

Tabelle 7

Def. Temp.	Last	scheinbare	bei	gewinn
		elastische	behaltene	bare
		Erholung	Last	Last
⁰C	*	96	%	%

*) Maximale Last; Prüfkörper wurde bis zum Bruch getestet.

Die Legierung 521 wurde auch auf den Einfluß des Erwärmens unter Zwang untersucht. Die Prüfkörper wurden durch Zug bei -196° C um 4,8% verformt, dann auf Raumtemperatur bei unterschiedlichen Lasten bis zu 2460 kg/cm² erwärmt und dann die gewinnbare Spannung ermittelt. Eine Probe wurde mit 2812 kg/cm² belastet. Dieser Wert Hegt über der Streckgrenze der Hochtemperaturphase. Diese Probe streckte sich schnell unmittelbar über dem Λ,-Punkt. Da dieser Prüfkörper überlastet war. führte dies zu einer schnellen Ausdehnung und schließlich zum Bruch. Die Ergebnisse sind In der Tabelle 10 zusammengefaßt.

Tabelle

+ 20	8,5·)	—
+ 20	4	3,0
- 80	8,3·)	-
- 80	5,0	5,0
- 80	8,0	6,2
- 80	8,2	7,2
-196	8·)	-
-196	5,0	1,0
-196	6,5	1,2
-196	8,0	1,6

1,0

1,8 1,0

4,0 5,3 6,4

0,1

0,65 0,5

4,0 5,3 6,3

30 beibehaltene

Last

kg/cm²

Perm. Def. Rockformung

maximale Ruckformung

703

35 1406 2109 2460,5 2817 4,8 4,8 4,8 4,8 4,8 4,8

4,8

4,65

4,5

3,25

2,3

Bruch ·)

100 97 94 68 48

*) Maximale Last; Prüfkörper wurde bis zum Bruch getestet.

40

Die Legierung 515 enthielt 66,5% Cu, 31,25% Zn, 2,25% Sl und hatte einen Λί,-Punkt von - 50° C. Die Ergebnisse sind In Tabelle 8 zusammengestellt.

Tabelle 8

50

Def. Temp. Last

scheinbare bei- gewinnelastische behaltene bare Erholung Last Last

+ 20	10,4 ·)	-
+ 20	7,2	5,2
+ 20	8,8	6,0
- 80	9»)
- 80	4,1	0,8
- 80	6,25	1,2
- 80	6,3	1,8
-196	*7,0)**	-
-196	2,2	0,8
-196	4,55	1,2
-196	6,05	1,4

2 2,8	0,75 1,5
3,3 5,05 6,5	3,0 4,9 6,0
1,4 3,35 4,65	1,4 3,2 3,95

55

60

65

*) Maximale Belastung der Prüfkörper wurde bis zum Bruch getestet.

*) Die schnelle Krlechdehnung führte zu Bruch, sobald der Prüfkörper über den Λ_Λ-Punkt erwärmt war.

Bei Aufhebung der Last zeigten alle Prüfkörper eine gewisse Erholung der gesamten Belastung.

Ein Merkmal der Kupfer/Zink/Slllclum-Leglerungen ist die hohe scheinbare elastische oder pseudoelastische Kontraktion bei Entlastung der Prüfkörper, die über dem M,-Punkt verformt wurden.

Beispiel 4 Legierungen des Systems Kupfer/Aluminium/Mangan

Die bevorzugten Legierungen dieses Systems fallen In dem Dreistoffsystem der Flg.4 in den Bereich A-B-C-D-E-A:

A 87 %Cu, 13 %A1

B 90 %Cu, 10 %A1

C 76,2% Cu, 5,3% Al, 18,5% Mn D 74 % Cu, 6,5% Al, 19,5% Mn

E 87,1% Cu, 9,8% Al, 12 %Mn

Um Legierungen mit einem Gefüge herzustellen, das einer martensltlschen Transformation zugänglich 1st, sollen vorzugsweise die Legierungen obiger Zusammensetzung von § 900⁰C mit Wasser abgeschreckt werden.

Die Legierungen dieses Systems zeigen ähnliche Eigenschaften wie die der oben abgehandelten Systeme, wobei die Streckgrenze ein Minimum und die Duktilität

Die Legierung 522 enthielt 69,25% Cu, 27,5% Zn, 3,25% SI und hatte einen M,-Punkt von +75⁰C. Die Prüfergebnisse sind In der Tabelle 9 zusammengefaßt.

ein Maximum sind, wenn die Verformung zwischen dem Ai₅- und Λ/,-Punkt stattfand.

Aus diesem System wurden folgende Leistungen untersucht:

992 aus 86 % Cu, 12 «AI, 2 % Mn

993 aus 84,5 % Cu, 11,25% Al, 4,25% Mn

994 aus 83,25% Cu, 10,75% Al, 5 % Mn

Die Afj-Punkte für die Legierungen lagen bei + 240° C, + 160° C bzw.+ 100° C.

Die gewünschten Eigenschaften zeigten alle diese Legierungen nach einer Umformung entweder über oder unter dem Afj-Punkt. Die Versuchsergebnisse sind in der Tabelle 11 zusammengefaßt.

Tabelle 11

Die Versuchsergebnisse sind in der Tabelle 12 zusammengefaßt.

Leg. Nr.

Def. Temp.

⁰C

beibehaltene Last

gewinnbare Last

290	3,2	0,85
240	3,5	0,85
140	3	0,95
20	2,7	0,80
196	2,7	0,75 + C
260	3,6	0,25
210	3,2	0,4
160	3	0,45
60	3	0,3
20	3	0,35
196	3	0,35 + C
150	3,1	0,3
100	3,4	0,3
196	2,8	0,3

Alle Legierungen dieses Systems zeigten nach einer Deformation bei -196° C (+C) einen Dehnungsbeiwert von 0.

Beispiel 5

Legierungen aus dem System Kupfer/ Alumlnlum/Etsen

Die bevorzugten Legierungen liegen im Bereich A-B-C-D-A des Dreistoffsystems nach Flg. 5 mit folgender Zusammensetzung:

A 87 %Cu, 13 %A1

B 90 %Cu, 10 %A1

C 84,7% Cu, 10,3% Al, 5 % Fe

D 81,7% Cu, 13 56Al, 5,3% Fe

Um Legierungen mit einem Gefüge zu erhalten, das der martensltlschen Transformation zugänglich Ist, müssen sie mit Wasser von ä 900° C abgeschreckt werden.

Die Legierungen dieses Systems haben ähnliche Eigenschaften wie die oben abgehandelten, und zwar zeigt die Streckgrenze ein Minimum und die Duktilltät ein Maximum, wenn die Deformation zwischen dem Ai₅- und M_e-Punkt stattfand.

Aus diesem System wurden folgende Legierungen untersucht:

989 86,5 96Cu, 12,5% Al, 1 % Fe

990 84,5 %Cu, 12,5% Al, 8 % Fe

991 82,25% Cu, 12,5% Al, 5,25% Fe,

wobei die M_s-Punkte dieser Legierungen bei 300 bzw. 25O⁰C für die letzten beiden lagen.

Tabelle 12	Def. Temp.	beibehaltene	gewinnbare
Leg. Nr.		Last	Last
	°C	*	%
	300	Bruch
989	250	2,8	1,05
	20	3,2	1,70
	-196	3,6	1,75+ C "
	300	4,3	1,1
990	250	3,6	0,85
	150	3,1	0,85
	20	Bruch	_
	-196	Bruch	_
	300	3,2	0,55
991	250	3,15	0,50
	150	3,1	0,65
	20	3,2	0,70
	-196	2,0	0,35 + C

Die Anwesenheit von Eisen erhöht die Duktilltät der Kupfer/Aluminium-Legierungen In ausreichendem Maße, um etwa 3% beibehaltene Last unter Zug zu erreichen. Diese Erscheinung Ist begleitet von einem Kornverfelnern.

Alle diese Legierungen zeigen die gewünschten Eigenschaften nach Umformung über oder unter dem Af₅-Punkt. Den Invar-Effekt zeigen sie bei Deformation bei -196° C.

Beispiel 6

Legierungen aus dem System
Kupfer/ Alumlnlum/Nlckel

Die bevorzugten Legierungen liegen im Bereich A-B-C-D-A des Dreistoffsystem nach Flg. 6 folgender Zusammensetzung:

A 87 %Cu, 13 %A1

B 90 %Cu, 10 %A1

C 84 %Cu, 11 »Al, 5%Ni

D 81,25% Cu, 13,75% Al, 5% Nl

Um Legierungen mit dem entsprechenden Gefüge für die martensltlsche Transformation herzustellen, sollen diese vorzugsweise von ä 950° C In Wasser abgeschreckt werden.

Diese Legierungen zeigen relativ geringe Duktilltät, außer wenn sie bei sehr tiefen Temperaturen z. B. bei -196⁰C umgeformt werden. Jedoch zeigen sich die gewünschten Erholungseigenschaften nach Verformung über oder unter dem M_s -Punkt.

Aus diesem System wurde eine Legierung aus 84% Cu, 2,75% Ni, 13,25% Al untersucht. Sie hatte einen Ai₅-Punkt von +82⁰C. Aufgrund der Biegeprobe konnte festgestellt werden, daß die in der Wärme stattfindende Erholung nach Umformung bei Temperaturen zwischen -196 und +12O⁰C beobachtet werden kann. Obwohl diese Versuche In einer Prüfmaschine unter Zugbelastung durchgeführt wurden, erfolgte nur bei den Prüfkörpern, die bei +82⁰C, also dem Μ,-Punkt, und bei -196⁰C verformt wurden, eine nennenswerte plastische Deformation.

Bei dem bei + 82° C verformten Prüfkörper wurde eine maximale Last von 496 beobachtet, von denen 1% als plastische Erholung und 396 als permanente Last verblieben.

Beim Erwärmen über den /4_S-Punkt konnten 2,9% der permanenten Last wiedergewonnen werden. Bei dem bei -196° C umgeformten Prüfkörper war eine maximale Belastung von 5% zu beobachten, von denen 1,6% elastisch wiedergewonnen und 3,4% permanent waren. 2,5% der permanenten Last wurden bei Erwärmen über den A₁-Punkt wiedergewonnen.

Es konnte auch der Invar -Effekt, d. h. Erholung zwischen -196 und +20° C, beobachtet werden bei Legierungen nach Deformation bei -196° C. Auch diese Legierung zeigt Innerhalb dieses Temperaturbereichs einen Dehnungsbeiwert von 0.

Beispiel 7

Werden die erfindungsgemäß angewandten Legierungen unmittelbar Ober ihrem M₅-Punkt permanent verformt und unter den Λ/,-Punkt abgeschreckt, so hat das Material die Tendenz, sich In Richtung der angewandten Deformation zu bewegen.

Dies läßt sich einfach wie folgt erklären:
Ein gerader Materialstrelfen In der Richtung eines rechten Winkels verformt und unter den Λ/,-Punkt abgeschreckt wird, so verformt sich der Streifen spontan In Richtung des rechten Winkels, d. h. In Richtung der angewandten Deformation. Bei Erwärmen über den A₅-Punkt wird diese gesamte Deformation wieder gewonnen, d. h., das Material nimmt seine ursprüngliche Gestalt wieder an.

Als Beispiele wurden die Legierungen 515 aus 65 At.-% Cu, 30 At.-% Zn, 5 At.-% Sl mit einem M₅ -Punkt von - 50° C und die Legierung 508 aus 69 At.-% Cu, 14 At.-% Zn, 16 At.-% Al mit einem M₅-Punkt von -8° C untersucht. Beide Legierungen wurden bei 2 Temperaturen über dem M₅ -Punkt verformt; diese Temperaturen lagen in dem Bereich, wo die Deformation zu einer merklichen Pseudoelastizltät führt, d. h. zu einem spannungslnduzlerten Martenslt. Die Versuchsergebnisse sind In Tabelle 13 zusammengefaßt.

Tabelle 13

Leg. Nr.

Def. Temp.

Def.

elastisches

RückfedeTi

Permanente
Def.

Spontane
Def.

515

508

M₅ + 75 K	3	2,85	0,15	1,7
M₅+75 K	5	4,3	0,7	2,05
M₅ + 75 K	7	5,6	1,4	2,55
M₅ + 75 K	7,5·)	-	-	-
M₅ + 25 K	5	4,7	0,3	1,35
M₅ + 25 K	7	6,4	0,6	2,15
M₅ + 25K	8·)	-	-	-
M₅ -i- 33 K	4	3,4	0,6	0,45
M₅ + 33K	6	5	1,0	1,45
M₅ + 33K	6,5·)	-	-	-
M₅ + 58 K	2	1,9	ο,ι	0,45
M₅ + 58 K	4	3,6	0,4	0,95
M + 58 K	4,5·)		_	_

·) Maximal möglich Deformation vor Bruch.

Es wurde oben gezeigt, daß nach Umformen über dem M₅-Punkt ein Teil der restlichen Deformation durch Erwärmen über die Deformationstemperatur wiedergewonnen werden kann. Es wird angenommen, daß es sich dabei um den Teil der Restdeformatin handelt, der beim anschließenden Abkühlen unter den M,-Punkt für die Richtung verantwortlich ist. Um dieses Phänomen beobachten zu können, muß daher das Material Innerhalb eines Temperaturbereichs umgeformt werden, wo diese Form der wiedergewinnbaren Deformation auftritt. Dieser Temperaturbereich Hegt In etwa zwischen M₅ bis M_s + 70 K.

Beispiel 8

Bei allen diesen bisherigen Versuchsserien handelte es sich um Legierungen, die ausschließlich einphasig waren und die entweder Ihre /)-Phase oder Ihr martensltlsches Gefüge beibehielten. Es wurden aber auch Versuche an -Legierungen durchgeführt, die von einer Temperatur abgeschreckt wurden, so daß ein 2phaslges Mlkrogefüge entstand:

In dem System Kupfer/Alumlnlum/Zlnk kann es sich um cr//}-Phasen oder um y//3-Phasen handeln. Legierungen mit y//3-Gefüge sind außerordentlich spröde. Diese Sprödlgkelt beruht auf der Ausscheidung der y-Phase. Folglich können Legierungen dieses Mlkrogefüges In der Wärme nicht Ihre Gestalt ändern einfach deshalb, well sie selbst außerordentlich schwierig zu verformen sind. Da es sich bei der α-Phase um eine kupferreiche Phase handelt, führt deren Ausscheidung zu einer Verarmung der als Grundphase wirkenden /?-Phase an Kupfer. Die Folge davon Ist, daß der M₅-Punkt dieser Legierung absinkt.

A. Als Beispiel dafür wurde eine Legierung aus 66% Cu, 32,25% Zn und 1,75% Al untersucht. Wurde diese Legierung von 900° C abgeschreckt, so war sie einphasig und hatte einen M₅-Punkt von +10° C. Wurde sie jedoch von 75O⁰C abgeschreckt, so war sie 2phaslg und zwar lagen die Phasen γ und β vor. Der M₅-Punkt war auf -7O⁰C gesunken. Die a-Phase war dispers und kugelig und machte etwa 50% des Gefüges aus. Diese beiden Phasen wurden bei -78° C, das Ist unmittelbar unter dem M_s-Punkt, um 3,4% verformt. Nach dem Aufwärmen über den A_s-Punkt konnten 2,8% dieser Umformung wiedergewonnen werden.

B. Ähnliche Untersuchungen wurden an Legierungen des System Kupfer/Zlnk/Slllclum durchgeführt. Die

Legierung 515 wurde von 825° C abgeschreckt und war einphasig mit einem A/_S-Punkt von -8O⁰C. Wurde diese Legierung jedoch von 550° C abgeschreckt, so lag ein a//J-Gefüge vor, die α-Phase war stäbchenförmlg und machte etwa 50% aus. Der M₅-Punkt war auf -120° C gesunken. Wurde diese Legierung bei -196° C um 3,1% verformt, so konnten bei Aufwärmen über den /Ij-Punkt 3% dieser Verformung wiedergewonnen werden.
C. Aus dem System Kupfer/Zink/Slliclura wurd·; die ι ο

Legierung 488 untersucht und festgestellt, daß bei einphasigem Gefüge der Mj-Punkt bei -70° C liegt. Wurde jedoch von 700° C abgeschreckt, so bestand das Mikrogefüge aus einer Grundmasse In Form der j9-Phase, die die α-Phase in kugeliger Form regelmäßig verteilt enthält. Die «-Phase macht in etwa 4C% aus und führt zu einer Absenkung des A/₅-Punkts auf -130° C. Diese Legierung wurde innerhalb eines Temperaturbereichs verformt. Die Versuchsergebnisse sind in der Tabelle 14 zusammengefaßt.

Tabelle 14

Def. Temp.

Def.

Elastische
Erholung

Perm. Def. Erholung

Spantane Last
bei 250° C

-196	4	1,2	2,8	2,8	-
-115	4	1,9	2,1	1,9	0,38
-67	4	2,6	1,4	1,1	0,7
+ 25	4	2,7	1,3	0,1	1.25
+ 50	6	2	4	0,35	21,7

Ein Interessantes Ergebnis dieser Versuchsreihe lag darin, daß die Ausscheidung der α-Phase offensichtlich nicht nennenswert die Eigenschaft, bei Temperaturänderung die Gestalt zu ändern, beeinflußt, jedoch scheint ein zunehmender Anteil der spontanen Belastung möglich zu sein, Insbesondere, wenn die anfängliche Umformung merklich über dem M₅-Punkt erfolgte. .

Diese Versuchsreihe zur Bestimmung des Einflusses einer ausgeschiedenen 2. Phase auf die Möglichkeit der Gestaltsänderung mit Temperaturänderung ergibt, daß bis hinauf zu mindest 50 % der 2. Phase diese auf diese Eigenschaft relativ geringen Einfluß aufweist. Folglich kann die Ausscheidung einer 2. Phase günstige Eigenschaften hervorrufen, wie die Möglichkeit, bei allen Legierungen einer bestimmten Zusammensetzung die Λ/j-Punkte einfach dadurch zu verändern, indem der Anteil an 2. Phase verändert wird; man kann aber auch durch die Ausscheidung der 2. Phase die mechanischen Eigenscharten dieser Legierungen verbessern.

In obigen Beispielen wurden ternäre Legierungen abgehandelt. Es Ist selbstverständlich, daß diese Legierungen auch Begleitelemente, Verunreinigungen und dergleichen enthalten können. So können beispielsweise Kupfer/Zink-Leglerungen noch zusätzlich einen gewissen Anteil von Mangan und Elsen und Kupfer/Aluminium-Legierungen von Zinn und Silicium und dergleichen enthalten.

Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Gegenständen aus Legierungen des Kupfers, die bei Temperaturänderung wiederholbar Ihre Gestalt ändern, durch Abkühlen der Legierung In eine erste Gestalt F, von einer Temperatur T₁₁ auf eine Temperatur 7^, plastisches Verformen der Legierung bei T_n In eine zweite Gestalt F₂ ^und Erwärmen des Gegenstandes, bis er zumindest teilweise wieder In die erste Gestalt F₁ zurückgekehrt Ist, dadurch gekennzeichnet, daß man zumindest ternäre Kupferlegierungen mit zumindest 5096 Kupfer In Form einer intermetallischen Verbindung verwendet, In der ein zellenförmiges Martensltgefüge mit pseudokubischer Symmetrie entweder entsprechend einer ersten Verfahrensvariante durch Abkühlen auf eine Temperatur T_n unterhalb der Martensltblldungstemperatur Af₅ eingestellt wird oder gemäß einer zweiten Verfahrensvariante diese Kupferlegierung unter Beibehaltung dieses oder eines ähnlich geordneten Gefüges durch Abkühlung auf eine Temperatur T_n oberhalb der Martensitblldungstemperatur M_s und mittels einer Verformung unter Scherwirkung bei dieser Temperatur T_n das zellenförmige Martensltgefüge, das bei Aufheben der Belastung nicht vollständig reversibel 1st, eingestellt wird.

2. Abwandlung der zweiten Verfahrensvariante nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den Gegenstand In der Gestalt F] auf eine Temperatur T_n oberhalb der Martensltblldungstemperatur M_s abkühlt, Ihn zur Bildung des zellenförmigen Martenslts In die zweite Gestalt F₁ umformt und den Gegenstand dann unter die Martenslitblldungstemperatur M_s abkühlt.

3. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 auf ternäre Kupferlegierungen aus dem Bereich A-B-C-D-E-A im Dreistoffsystem Kupfer/Zink/Aluminium gemäß F Ig. 1.

4. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 auf ternäre Kupferlegierungen aus dem Bereich A-E-B-C-F-D-A Im Dreistoffsystem Kupfer/ Zlnk/ZInn gemäß Fig. 2.

5. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 auf ternäre Kupferlegierungen aus dem Bereich A-F-B-C-G-D-E-A Im Dielstoffsystem Kupfer/ Zlnk/Slllclum gemäß FIg. 3.

6. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 auf ternäre Kupferlegierungen aus dem Bereich A-B-C-D-E-A im Drelstoft'system Kupfer/Alumlnlum/Mangan gemäß Flg. 4.

7. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 auf ternäre Kupferleglerungen aus dem Bereich A-B-C-D-A Im Dreistoffsystem Kupfer/Alumlnlum/Elsen gemäß Flg. S.

8. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 auf ternäre Kupferleglerungen aus dem Bereich A-B-C-D-A im Dreistoffsystem Kupfer/Alumlnlum/Nlckel gemäß FI g. 6.

9. Anwendung der nach Anspruch 1 bis 8 hergestellten Gegenstände als temperaturempflndllche Bauelemente wie Rohr-Kupplungisn, Federn oder Bauteile von Schaltanlagen.

Es Ist bekannt, daß gewisse Legierungen bei Veränderung der Temperatur ihre Gestalt zu verändern vermögen, d. h., wird aus der. Legierung ein Gegenstand geformt und dieser entsprechend wärmebehandelt, wobei f eine Umformung also Änderung der Gestalt bei einer bestimmten Temperatur vorgenommen wird und die Temperatur anschließend ausreichend erhöht wird, so wird der Gegenstand zumindest teilweise seine ursprüngliche Gestalt wieder einnehmen. Diese Gestaltsänderung

ίο beim Wiederaufwärmen entspricht der Umwandlung der Legierung aus dem Tleftemperaturgefüge in ein Hochtemperat urgefüge.

Es ist auch bekannt, daß bestimmte Nlckel/Titan-Leglerungen, Gold/Cadmlum-Leglerungen, Gold/

is Silber/Cadmlum-Leglerungen und Kupfer/Alumlnhun/Nlckel-Leglerungen die Eigenschaften besitzen, Ihre Gestalt mit Änderung der Temperatur zu verändern. Bei diesen bekannten Kupfer/Alumlnium/Nlckel-Leglerungen handelt es sich jedoch um solche, bei denen eine />-Phase in eine y-Phase umgewandelt wird. Es erfolgt keine Transformation in einen Martenslt mit pseudokubischer Symmetrie. Die Erfindung 1st nicht auf diese Art von Werkstoffen gerichtet. Es wurde festgestellt, daß diese Fähigkeit, die Gestalt bei Temperaturänderung zu verändern, auch bestimmte Legierungen, enthaltend Intermetallische Verbindungen, aufweist, welche in der Lage sind, durch schnelles Abkühlen oder durch eine andere Wärmebehandlung eine martensltische Umwandlung zu erleiden und in denen der Martenslt eine hohe scheinbare Elastlzltätshysteresls zeigt. Es zeigte sich auch als vorteilhaft, jedoch nicht notwendig, daß vor der Transformation eine Ordnung (ordering) stattfindet. Solche Legierungen sind einer reversiblen Gestaltsänderung bei Temperaturwech sei zugängig. Wenn die Legierungen bei einer bestimm ten Temperatur nach entsprechender Kühlung verformt werden und dann über eine bestimmte Temperatur wieder aufgewärmt werden, gehen sie In eine stabile Hochtemperaturphase über und kehren In Ihre ursprüngliche

Form zurück. Vorausgesetzt, daß die Legierungen nicht

auf eine zu hohe Temperatur aufgewärmt werden, kehren sie ganz oder weitgehend In die Form zurück, In der sie nach dem Kühlen gebracht worden sind.

Die Erfindung betrifft somit ein Verfahren zur Herstel-

lung von Gegenständen mit »Memory-Effekt«, wie es In obigen Patentansprüchen gekennzeichnet Ist.

Welche auch Immer der oben erwähnten Verfahrensvariationen zur Anwendung gelangt, das Ausmaß der durch Temperaturänderung wieder rückgängig zu machenden Last Ist größer, wenn die plastische Umformung bei einer Temperatur näher am Af₁- und Af,-Punkt erfolgte.

Die besten Ergebnisse liefern kupferhaltlge, Intermetallische Verbindungen, deren kubisch raumzentriertes (A 2) Hochtemperaturgefüge sich beim schnellen Abkühlen schließlich In einen Martensit umwandelt, der obwohl komplexer Kristallstruktur wie ein orthorhombisches Gefüge eine pseudokubische: Struktur besitzt. Derartige Martenslte sind durch ein metallographisches Gefüge mit Gitterfehlern In hoher Dichte gekennzeichnet. Legierungen dieser Struktur können mit einer außergewöhnlichen Duktllltät bei oder nahe dein Af₁- und Af,-Punkt leicht verformt werden. Derartige !Legierungen gibt es z. B. bei den Messingen, deren /ί-Priase entsprechender Zusarn-

mensetzung mit Al kubisch raumzentriertem (BCC)-Gefüge zuerst übergeht In die Kristallklasse Bl (Caeslumchloridtyp) mit kubisch raumzentriertem Gefüge, welches sich anschließend bei weiterem Kühlen In einen