DE2511832A1 - Verfahren zum verbessern der festigkeit von metallgegenstaenden - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE

HENKEL, KERN, FEILER & HÄNZEL

BAYERISCHE HYPOTHEKEN- UN)

TELEX: 05 29 802 HNKL D EDUARD-SCHMID-STR ASSE 2 WECHSELBANK MÜNCHEN Nr. 318-8511

TELEFON: (0 89) 66 31 97, 66 30 91 - 92 „„ „ . .. _T_ DRESDNER BANK MÜNCHEN 3 914

TELEGRAMME: ELLIPSOID MÜNCHEN D-8000 MÜNCHEN 90 POSTSCHECK: MÜNCHEN 1621 47 -

Mitsubishi Jukogyo Kabushiki Kaisha

Tokio, Japan -j ^

Verfahren zum Verbessern der Festigkeit von Metallgegenständen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbessern bzw. zur Erhöhung der Festigkeit von MetalIgegenständen, die einer inneren Oxydation unterworfen sind, durch Erzeugung einer Innenoxydationssowie einer SuperPlastizitätserscheinung in ihnen.

Zur Festigkeitsverbesserung von Metallgegenständen wurden bisher ein Kaltverformungsverfahren, ein Wärmebehandlungs-Abscheidungshärtungsverfahren und ähnliche Verfahren angewandt. Für die Festigung von komplexen Werkstoffen, wie z.B. die Qualität FRM, ist außerdem ein Verfahren bekannt, bei dem verschiedene Oxidpulver, die als Verfestigungszusätze dienen, gleichmäßig in einem kristallinen Gefüge dispergiert werden. Jedem dieser angewandten Verfahren haften jedoch die Nachteile an, daß das betreffende Verfahren kompliziert ist, daß eine Verfahrenssteuerung schwierig ist und daß eine lange Behandlungszeit erforderlich ist.

Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, die den bisher angewandten Verfahren anhaftenden Nachteile und Mangel

Ke/Bl/ro - - 2

5 0 9 8 A 0 / 0 7 4 2 _0R,_{QINAL INSPECT}ed

auszuschalten und insbesondere ein Verarbeitungsverfahren zur Verbesserung der Festigkeit von metallischen Werkstoffen durch Bildung von inneren Oxydationsschichten im metallischen Werkstoff und zudem durch gleichmäßige Dispersion bzw₀ Verteilung der inneren Oxydationsschichten zu schaffen«

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zum Verbessern der Festigkeit von einer inneren Oxydation unterworfenen metallischen Werkstoffen erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der metallische Werkstoff zur Verfestigung auf eine Innenoxydationstemperatur erwärmt, um die Innenoxydationserscheinung hervorzurufen und anschließend einem Temperaturzyklus ausgesetzt wird, welcher durch den Umwandlungspunkt des Werkstoffs verläuft, so daß im Werkstoff die Superplastxzxtätserschexnung eintritt·

Im folgenden ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläuterto Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und

Fig. 2 eine graphische Darstellung des Verhältnisses zwischen Zeit und Temperatur beim erfindungsgemäßen Verfahren.

Fig. 1 veranschaulicht eine beispielhafte Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei welcher ein von einem Support la ο.dgl», der auf einem Maschinenbett 7 verschiebbar gelagert ist, getragenes Spannfutter 3^a und ein weiteres, von einem anderen Support Ib o.dgl. über ein Radiallager 2 getragenes Spannfutter 3 b einander gegenüberstehend angeordnet sind. Die beiden Supporte la und Ib Ocdgl. sind dabei entsprechend der Länge eines zu

509840/0742

behandelnden Gegenstands 4 relativ zueinander verstellbar. Am anderen Ende des Supports 3b ist eine Hi einen scheibe 6 angeordnet, und weiterhin ist ein Gewicht 5 zur Ausübung einer Scherbeanspruchung auf den zu behandelnden Gegenstand 4 über die Riemenscheibe 6 vorgesehen. Der Gegenstand 4 ist in den Spannfuttern 3a und 3b eingespannt und außerdem zur Erwärmung an eine elektrische Stromversorgung 8 angeschlossen.

Die Spannfutter 3a und 3b sind dabei jedoch gegenüber dem zu behandelnden Gegenstand 4 elektrisch isoliert. Außerdem ist auch eine Kühlvorrichtung 9 zum Kühlen des Gegenstands 4 vorgesehen.

Bei der vorstehend beschriebenen Vorrichtung wird ein zu behandelnder Gegenstand 4 aus einem einer inneren Oxydation unterliegenden metallischen Werkstoff, wie z.B. einer Cu-I5% Si-Legierung, mit 6 mm Durchmesser und I3O mm Länge in den Spannfuttern 3^{a un}d 3b eingespannt, worauf der Gegenstand 4 durch den von der elektrischen Heiz-Stromversorgung 8 zugeführten Strom etwa eine Stunde lang auf eine Eigen- bzw. Innenoxydationstemperatur von etwa 9OO C erwärmt wird. Hierauf wird das Gewicht 5 ^an der Riemenscheibe 6 aufgehängt, so daß auf den Gegenstand 4 eine Scherbeanspruchung oder eine Torsionsbeanspruchung von etwa 4 kg/mm ausgeübt wirdo Der behandelte Gegenstand 4 wird hierauf mittels der Kühlvorrichtung 9 auf etwa 450°C abgekühlt und drei Temperaturzyklen von jeweils einer Minute Dauer über einen Temperaturbereich von +100 C um die Phasenumwandlungstemperatur von 538 C (Umwandlungspunkt K ^ OC+ 7^) des Gegenstands 4 unterworfen. Die vorstehend erwähnte Beziehung zwischen Zeit und Temperatur ist in Fig. 2 veranschaulicht. In der Zeitspanne bzw. im Intervall A tritt dabei die Eigen- bzw. Innenoxydation auf. Obgleich eine äußere Oxydation mit Hilfe eines Inertgases und dgl. ganz verhindert

509840/0742

werden kann, ist die Größe der äußeren Oberflächen—Oxydation im Vergleich zur Innenoxydation im allgemeinen äußerst gering. Im Intervall B werden außerdem infolge der Auswirkung der Temper aturzy IcL en die Innen Oxydationsschichten über das gesamte metallurgische Gefüge hinweg gleichmäßig dispergiert bzw. verteilt, während gleichzeitig damit eine Verfeinerung und auch Vergleichmäßigung des Kristallkorns infolge der Umwandlungs-Superplastizitätserscheinung auftritt, so daß die Innenoxydationsschichten gleichmäßig in die Zwischenräume zwischen dem feinen Kristallkorn dispergiert bzw« verteilt werden, wobei das Gefüge den Anschein eines dispersionsverfestigten Gefüge s erweckt.

Obgleich die Behandlungszeit für die Innenoxydation beim vorstehend beschriebenen Beispiel mit etiira einer Stunde gewählt wurde, kann die Behandlungszeit je nach dem betreffenden metallischen Werkstoff und der Dicke der Innenoxydationsschichten beliebig gewählt v/erden.

Bei einem Vergleich der mechanischen Festigkeit des beim vorstehend beschriebenen Beispiel behandelten Gegenstands vor und nach seiner Behandlung ergaben sich folgende Werte:

Zugfestigkeit Bruchdehnung Kontraktion bzw. Schwund ( kg/mm²) (J,} (Einschnürung) (%)

Vor der

Behandlung 58 13 59

Nach der

Behandlung 72 15 63

Obgleich beim vorstehenden Beispiel der obere und der untere Grenzwert des Temperaturbereichs mit etwa +100 C in bezug auf den Umwandlungspunkt und die Frequenz bzw. Häufigkeit auf einen Zyklus pro Minute festgelegt wurde, wurden diese Werte

509840/0742

unter Berücksichtigung der Änderungen des Umwandlungspunkts infolge von Änderungen der Erwärmungs- und Abkühlgeschwindigkeit sowie der für Beginn und Beendigung der Umwandlung erforderlichen Zeitspanne bestimmt. Diese Behandlungsbedingungen werden in Abhängigkeit von der Art und der Form des Werkstoffs auf zweckmäßige Werte festgelegt, und auch die Behandlungszeit zum Erreichen der inneren Oxydation wird in Abhängigkeit von der gewünschten Dicke der Innenoxydationsschichten auf einen zweckmäßigen Wert festgelegte Darüberhinaus wird die Scherbeanspruchung auf etwa l/lO bis l/20 der Streckgrenzenbeanspruchung des unbehandelten Werkstoffs festgelegt. Der untere Grenzwert dieses angegebenen Bereichs ist eine für die Erzeugung der Superplastizitätserscheinung erforderliche Beanspruchung, während der obere Grenzwert bei einer Beanspruchung liegt, bei welcher der behandelte Gegenstand nicht verformt wird β

Neben der genannten Cu-Si-Legierung sind auch CuAl, Cu-Zn-Al, Cu-Be oder Fe-Al, Fe-Cr, Fe-V, Fe-Si, Ni-Cr usw. Beispiele für metallische Werkstoffe, die einer solchen inneren Oxydation unterworfen sein können. Zusammenfassend läßt sich sagen, daß dann, wenn ein in kleiner Menge vorhandenes Legierungszuschlagselement eine größere Affinität für Sauerstoff besitzt als das Grundmetall (Cu, Fe oder Ni), im allgemeinen eine innere Oxydation auftreten kann.

Durch Ausnutzung der Innenoxydationserscheinung und durch Anwendung einer Verfestigungsbehandlung wird eine Verfeinerung des Kristallkorns sowie ein VergleichmäDigen des iuetallurgischen Gefü^es erreicht, und die InnenoxydatiloncBC-lichten werden gleichmäßig in den Zwischenräumen zwischen den Kristallkörnern dispergiert bzw» verteilt.

Wenn das erfindun^sgenäße Verfahren auf einen (möglicherweise)

509840/0742

einer Innenoxydation unterworfenen metallischen Werkstoff angexiandt wird, besitzt dieser Werkstoff nach der Behandlung eine hohe Beständigkeit gegen eine Verschlechterung seiner mechanischen Festigkeit bei erhöhter Temperatur, ist also hoch warmfest, so daß er sogar bei einer über seiner Grenzbetriebstemperatur liegenden Temperatur eingesetzt werden kann und dabei eine ausgezeichnete Wärmeleitfähigkeit sowie ausreichende mechanische Festigkeit besitzt· Darüber hinaus können die Innenoxydations- und die Verfestigungsbehandlung in einem Arbeitsgang durchgeführt werden, wodurch das Verfahren vereinfacht und der Arbeitswirkungsgrad verbessert wird.

Zusammenfassend wird mit der Erfindung also ein Verfahren geschaffen, bei welchem ein der inneren Oxydation unterworfener metallischer Werkstoff durch Erwärmung dieses Werkstoffs auf seine Innenoxydationstemperatur, um die Innenoxydationserscheinung zu erzeugen, und weiterhin, durch Anwendung von durch seinen Umwandlungspunkt verlaufenden Temper aturzyklen, um dabei die SuperPlastizitätserscheinung hervorzurufen, verfestigt wird, wodurch ohne weiteres ein fester, steifer metallischer Werkstoff erzielt werden kann, bei dem bereits eine Innenoxydation vorliegt· Die Erfindung ist daher von großem industriellen Nutzen,

509840/0742

Claims (1)

1. Patentanspruch

   Verfahren zum Verbessern der Festigkeit von einer inneren Oxydation unterworfenen metallischen Werkstoffen, dadurch gekennzeichnet, daß der metallische Werkstoff zur Verfestigung auf eine Innenoxydationstemperatur erwärmt, um die Innenoxydationserscheinung hervorzurufen und anschließend einem Temperaturzyklus ausgesetzt wird, welcher durch den Umwandlungspunkt des Werkstoffs verläuft, so daß im Werkstoff die Superplastizitätserscheinung eintritt.

   509840/07