DE2450607A1

DE2450607A1 - Hochdaempfende legierung und verfahren zur herstellung von werkstuecken aus dieser legierung

Info

Publication number: DE2450607A1
Application number: DE19742450607
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Abe; Takashi Fujita; Mituo Kawai; Masatoshi Nakagawa; Hideo Shirai
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1973-10-29
Filing date: 1974-10-24
Publication date: 1975-04-30
Also published as: GB1484718A; JPS5071512A; SE421136B; FR2249174B1; FR2249174A1; CA1043670A; DE2450607C3; SE7413508L; AT339354B; NL7414036A; JPS521683B2; CH612216A5; DE2450607B2; NL173071C; BE821607A; ATA870174A

Description

PATENTANWÄLTE

HENKEL, KERN₁ FEILER & HÄNZEL

BAYERISCHE HYPOTHEKEN- UND

Telex: 05 29 802 HNKL D _EDUARD-SCHMID-STRASSE 2 Älf^

_EDUA ^SÄÄmcS^^lf^ TELEFON: (089) 66 3197, 66 30 91 - 92 D-8000 MÜNCHEN 90 POSTSCHECK: MÜNCHEN 162147- TELEGRAMME: ELLIPSOID MÜNCHEN

Tokyo Shibaura Electric Co., Ltd.

Kawasaki-shi, Japan 2 4. OKT. 1974

Hochdämpfende Legierung und Verfahren zur Herstellung von Werkstücken aus dieser Legierung

Die Erfindung betrifft eine hochdämpfende Legierung, die bei ihrer Verwendung zur Herstellung von Teilen von Kompressoren und anderen Vorrichtungen oder Geräten die durch diese Vorrichtungen und Geräte erzeugten Vibrationen und Geräusche zu absorbieren vermag. Lärm wird in zunehmendem Maße als öffentliche Belästigung empfunden. Es hat folglich nicht an Versuchen gefehlt, die von den verschiedensten Vorrichtungen und Geräten erzeugten Geräusche zu vermindern. Eine Maßnahme zum Absorbieren von Vibrationen und Lärm besteht in der Verwendung eines hochdämpfenden Materials für diese Vorrichtungen und Geräte. Als hochdämpfende Materialien wurden bereits Kunststoffe verwendet. Da jedoch Kunststoffe eine unzureichende mechanische Festigkeit und Hitzebeständigkeit aufweisen, ist ihre Verwendbarkeit aufgrund dieser Nachteile begrenzt. Um nun diesen Nachteilen zu begegnen, wurde bereits versucht, metallische Materialien hoher Dämpfungsfähigkeit zu entwickeln. So wurde beispielsweise bereits mit einer 40 bis 60% Mangan enthaltenden Kupferlegierung gearbeitet. Solche Mangan/Kupfer-Legierungen besitzen eine hohe Dämpfungs-

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fähigkeit bei Temperaturen nahe Raumtemperatur. Die Übergangstemperatur der Dämpfungsfähigkeit ist jedoch niedrig, d.h. sie beträgt 50° bis 80⁰C, wobei die Dämpfungsfähigkeit bei Temperaturen über dieser Übergangstemperatur rasch sinkt. Aus diesem Grunde eignen sich solche Legierungen nicht als Dämpfungsmaterialien, z.B.-zur Herstellung von Ventilfedersitzen für Kompressoren, die Temperaturen von etwa 100⁰C ausgesetzt sind.

Der Erfindung lag nun die Aufgabe zugrunde, eine hochdämpfende Legierung zu entwickeln, die auch bei hohen Temperaturen eine hohe Dämpfungsfähigkeit besitzt und daneben noch eine große mechanische Festigkeit, ausgezeichnete Be- und Verarbeitbarkeit und ein hervorragendes Antikorrosionsverhalten besitzt. Ferner lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer solchen hochdämpfenden Legierung zu entwickeln.

Gegenstand der Erfindung ist somit eine hochdämpfende Legierung, die aus 1 bis 8 Gew.-# Aluminium, 2 bis 30 Gew.-!N> Chrom und zum Rest Eisen besteht und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen enthält.

Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Verfahren zur Herstellung einer hochdämpfenden Legierung, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß man aus den genannten Bestandteilen (für die hochdämpfende Legierung) eine Schmelze herstellt und daß man die erhaltene Legierung nach dem Schmieden, Gießen, Walzen und dergleichen bei einer Temperatur von 700° bis 1200⁰C wärmebehandelt·

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Die beigefügte Zeichnung zeigt einen graphischen Vergleich der Temperaturabhängigkeit der Dämpfungsfähigkeit einer hochdämpfenden Legierung gemäß der Erfindung einerseits und einer bekannten Legierung andererseits.

Eine hochdämpfende Legierung gemäß der Erfindung enthält 1 bis 8, vorzugsweise 2 bis 4 Gew.-96 Aluminium, bis 30, vorzugsweise 5 bis 20 Gew.-% Chrom und zum Rest Eisen. Sofern der erfindungsgemäß angestrebte Zweck nicht nennenswert beeinträchtigt wird, kann einqhoch» dämpfende Legierung gemäß der Erfindung auch noch andere Metalle oder Verunreinigungen in geringen Mengen enthalten. Zur Desoxidation und Entschwefelung kann einer hochdämpfenden Legierung gemäß der Erfindung beispielsweise weniger als 0,5 Gew.-96 Silizium und weniger als 1,0 Gew.-96 Mangan zugesetzt werden. Zur verbesserten Bearbeitung können der hochdämpfenden Legierung Schwefel, Blei und·Calcium einverleibt werden. Weiterhin können der hochdämpfenden Legierung zur Verbesserung ihres Korrosionsverhaltens Nickel, Kupfer, und dergleichen in geringen Mengen, beispielsweise in Mengen von weniger als 1 Gew.-%, zugesetzt werden.

Im folgenden seien nun die Gründe für die Begrenzung der Mengenanteile der Legierungsbestandteile näher erläutert.

Aluminium bildet ein wesentliches Element für die Verbesserung der Dämpfungsfähigkeit. Wenn es in geringeren Mengen als Λ% vorhanden ist, erreicht man keine für die Praxis ausreichende Dämpfungsfähigkeit. Wenn der Aluminiumanteil größer als 896 ist, sinkt einerseits die Dämpfungsfähigkeit, andererseits wird die bildsame Formgebung beeinträchtigt,.

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Wenn der Chromanteil unter 2% sinkt, wird die Dämpfungsfähigkeit nicht verbessert. Wenn andererseits der Chromanteil 3090 übersteigt, wird zwar das Korrosionsverhalten weiter verbessert, die Dämpfungsfähigkeit sinkt jedoch.

Wenn der hochdämpfenden Legierung als Desoxidations- und Entschwefelungsmittel Silizium und Mangan zugesetzt werden und deren Menge 0,5 bzw. 1% übersteigt, werden die mechanischen Eigenschaften, z.B. die Bildsamkeit der betreffenden Legierung, unzweckmäßig stark beeinträchtigt.

Außer den genannten wesentlichen Bestandteilen können hochdämpfende Legierungen gemäß der Erfindung als Verunreinigung Kohlenstoff, Phosphor und dergleichen enthalten. Der Gehalt an Kohlenstoff, Phosphor und dergleichen liegt vorzugsweise unter 0,5%.

Aus den genannten Bestandteilen wird zunächst eine Schmelze zubereitet, worauf die erhaltene Legierung nach dem Gießen, Schmieden, Walzen und dergleichen bei einer Temperatur von 700° bis 1200⁰C, vorzugsweise 900° bis 1050⁰C, wärmebehandelt und dann langsam abgekühlt wird. Wenn die genannte Wärmebehandlungstemperatur 70O⁰C unterschreitet, erreicht man keine ausreichende Dämpfungsfähigkeit. Wenn andererseits die Wärmebehandlungstemperatur 1200⁰C übersteigt, wird das Verfahren aus Kostengründen unwirtschaftlich. Weiter kommt es zu einer Vergröberung der Korngröße und zu einer Beeinträchtigung der mechanischen Eigenschaften.

Die folgenden Beispiele und Vergleichsbeispiele sollen die Erfindung näher veranschaulichen.

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Tabelle

Legierung	2	Zusammensetzung in Al Cr Si	2,98	0,22	Gew.-96 Mn	C	weitere Le gierungsbe standteile	Fe	Wärmebehandlungs temperatur und -dauer	Dämpfungsfä higkeit bei Räumt emp er a- tur	#
Beispiel 1	3	1,03	8,10	0,19	0,19	0,012	-	Rest	700⁰C χ 1 std	371	«
η	4	1,00	3,13	0,21	0,21	0,009	-	Il	Il	42C
η	5	3,01	7,91	0,18	0,21	0,013	- ·	Il	Il	553
η	6	3,02	15,11	0,22	0,21	0,011	-	It	It	568
η	7	2,94	7,92	0,20	0,18	0,009	-	Il	Il	394
η	8	5,03	15,20	0,21	0,20	0,008	-	η	Il	57i
η	• 9	4,98	28,3	0,21	0,21	0,012	-	Il	η	568	145060
η	10	1,08	.9,85	-	0,20	0,012	-	Il	Il	483
H	11	3,46	9,90	0,18	-	0,014	-	Il	π	572
Il	12 .	3,39	9,88	-	-	0,014		It	It	555
N	13	3,51	10,80	0,20	0,19	0,017	-	It	It	566
It	14	2,96	11,00	0,18	0,14	0,016	S » 0,07	U	It	491
Il	15	3,03	11,55	0,22	0,18	0,015	Pb=O,56 Ca«0,06	It	Il	488
Il	3,00	10,96	0,14	0,20	0,019	Cu - 0,81	H	- Il	456
η	2,99	0,19	0,015	Ni - 0,93	Il	Il	449

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Legierung

Zusammensetzung in Gew.-% Al Cr Si Mn

weitere Le gierungsbe standteile

Wärmebehandlungs- - Fe temperatur und
-dauer

Beispiel 16 2,11 6,56 0,26

^tt 17 3,19 11,84 0,19

" 18 1,07 20,36

ⁿ 19 3,19 11,84 0,19

Dämpfungsfähigkeit bei Raumtemperatur

σι ο co

0,21 0,020

0,23 0,017

0,19 0,019

0,23 0,017

Rest

Il Il Il

1000⁰C χ 1 std

1200"C χ 1 std

1180

1830

970

1600

cn

CD CD «

O C

Tabelle

Legierung

Zusammensetzung in Al Cr Si Mn Wärmebehandlungs-

Ni Mo Cu Fe temperatur und

-dauer

Dämpfungsfähigkeit bei Raumtemperatur

	Vergleichs beispiel 1	2	1	ι	,01 -	0,23	0,18	0,013
	π	3	3	I	,03 -	0,20	0,21	0,008
cn ο	η	4	3		,04 -	0,23	0,19	0,011
co OO	π	5	- -	0,21	0,20	0,012
18/0	. H		- -	—	0,5	0,001
to O cn

46,6 -

0,42 0,001 78,8 4,82 -

3,02

- 40,8 0,23 0,70 0,41 Rest

Rest
η

Rest

700⁰C χ

It
Il

1 std

1200"C χ 1 std 250°C/std
^v 30O⁰C
Ofenkühlung

1080⁰C χ 2 std
—·» Ofenkühlung

—» 60O⁰C 100°C/std

—» 30O⁰C

—» Ofenkühlung

690⁰C	χ 1 std	⁰C χ 12 std
—» Wasserkühlung	⁰C χ 1 std
—> 200
-» 440

1Γ.2 385 158 153

261

86

865 10

OI CD CD CD

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Aus den für die einzelnen Legierungen genannten Bestandteilen wurden Schmelzen bereitet, aus denen dann durch Gießen, Schmieden und Walzen etwa 1 mm starke Bleche hergestellt wurden. Aus Jedem Blech wurde ein etwa 10 mm breiter und etwa 100 mm langer Prüfling ausgeschnitten. Nachdem der jeweilige Prüfling angelassen worden war, wurde er in Biegungsschwingung versetzt, wobei bei Raumtemperatur ein Schwingungsdekrement 6 bestimmt wurde. Da das Schwingungsdekrement in hohem Maße amplitudenabhängig ist, wurde der gesamte Prüfling in eine Schwingung gegebener Amplitude versetzt. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen sind in der Tabelle enthalten. In der Tabelle ist die Dämpfungsfähigkeit als Relativwert, bezogen auf den Wert⁵10 des Schwingungsdekrements eines kaltgewalzten S40C (Kohlenstoffstahl gemäß der JIS-Vorschrift)-Stahls des Vergleichsbeispiels 8, angegeben.

Aus der Tabelle geht hervor, daß die hochdämpfenden Legierungen gemäß der Erfindung im Vergleich mit den Legierungen der Vergleichsbeispiele 1 bis 6 und 8 eine ausgezeichnete Dämpfungsfähigkeit besitzen. Aus der Tabelle geht ferner hervor,^ daß die bei einer Temperatur von 1000⁰C wärmebehandelten Legierungen der Beispiele bis 18 eine etwa dreimal höhere Dämpfungsfähigkeit aufweisen als die Legierungen der Beispiele, bei denen die Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 700⁰C erfolgte.

Mit den Legierungen des Beispiels 3 und Vergleichsbeispiels 7 wurden in der geschilderten Weise die Temperatureigenschaften der Dämpfungsfähigkeit von Raumtemperatur bis 300⁰C bestimmt. Die graphische Darstellung zeigt die Beziehung zwischen der Dämpfungsfähigkeit und der Temperatur. Wie aus der graphischen Darstellung hervor-

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— Q _

geht, ist bei der Mangan/Aluminium/Kupfer-Legierung des Vergleichsbeispiels 7 die Dämpfungsfähigkeit bei Raumtemperatur größer als die Dämpfungsfähigkeit der hochdämpfenden Legierung gemäß der Erfindung; bei einer Temperatur von etwa 7O°C sinkt jedoch die Dämpfungsfähigkeit der bekannten Legierung plötzlich ab. Im Gegensatz dazu behält die hochdämpfende Legierung gemäß Beispiel 3 ihre hohe Dämpfungsfähigkeit im Temperaturbereich von +) bis etwa 300⁰C nahezu unverändert bei, d.h. die Temperatureigenschaften der Dämpfungsfähigkeit einer hochdämpfenden Legierung gemäß der Erfindung sind ausgezeichnet. Dasselbe gilt für die Legierungen der anderen Beispiele.

Die Zugfestigkeit der hochdämpfenden Legierung gemäß der Erfindung (Beispiel 3) beträgt 56,, 4 kg/mm ; die Zugfestigkeit der Legierung des Vergleichsbeispiels 6 beträgt 45,3 kg/mm².

Aus diesen Werten geht hervor, daß die hochdämpfenden Legierungen gemäß der Erfindung darüber hinaus auch noch eine größere mechanische Festigkeit besitzen.

Auf die Legierungen der Beispiele 4 und 5 und der Vergleichsbeispiele 1 und 2 wurde zur Ermittlung des Korrosionsverhaltens Salzwasser aufgesprüht. Das eine 5#ige Konzentration aufweisende Salzwasser wurde auf jeden Prüfling in einem Winkel von etwa 45° bei einer Temperatur von 35° - 2⁰C und einem Druck von 0,7 bis 0,8 kg/cm aufgesprüht. Hierauf wurden die einzelnen Prüflinge 16 std lang liegen gelassen. Hierbei bildete sich auf der gesamten Oberfläche der Legierungen der Vergleichsbeispiele 1 und 2 eine tiefe rote Rostschicht· Im Gegensatz

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Raumtemperatur·

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dazu waren die Legierungen der Beispiele 4 und 5 lediglich teilweise angelaufen. Dies zeigt, daß die hochdämpfenden Legierungen gemäß der Erfindung im Vergleich zu den bekannten Legierungen ein ausgezeichnetes Korrosionsverhalten zeigen»

Wie bereits erwähnt, besitzen die hochdämpfenden Legierungen gemäß der Erfindung selbst bei hohen Temperaturen eine erhöhte Dämpfungsfähigkeit. Daneben weisen sie auch eine ausgezeichnete bildsame Bearbeitbarkeit bzw. Formbarkeit, ein hervorragendes Korrosionsverhalten und eine verbesserte mechanische Festigkeit auf. Sie stellen somit wertvolle Materialien für die Industrie dar.

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Claims

Patentansprüche

1. Hochdämpfende Legierung, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus 1 bis 8 Gew.-% Aluminium, 2 bis 30 Gew.-% Chrom, Rest Eisen und erschmelzungsbedingten Verunreinigungen (als Spuren) besteht.

2. Hochdämpfende Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß. sie weiter 0,5 Gew.-% Silizium enthält.

3. Hochdämpfende Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiter weniger als 1% Mangan enthält.

4. Hochdämpfende Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiter weniger als 1 Gew.-% Schwefel und/oder Blei und/oder Calcium enthält.

5. Hochdämpfende Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiter weniger als 1 Gew.-% Nickel und/oder Kupfer enthält.

6.. Hochdämpfende Legierung, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus 2 bis 4 Gew.-% Aluminium, 5 bis 20 Gew.-% Chrom, Rest Eisen und erschmelzungsbedingten Verunreinigungen (als Spuren) besteht.

7. Verfahren zur Herstellung einer hochdämpfenden Legierung, dadurch gekennzeichnet, daß man aus 1 bis 8 Gew.-% Aluminium, 2 bis 30 Gew.-% Chrom, Rest Eisen und Spuren von Verunreinigungen eine Schmelze bereitet und die hierbei erhaltene Legierung nach der ge-. wünschten Formgebung bei einer Temperatur von 700° bis 1200⁰C wärmebehandelt.

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