DE2802571C2 - Verfahren zur Herstellung eines wärmerückstellbaren Bauteils aus einem Memory-Metall - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines wärmerückstellbaren Bauteils aus einem Memory-Metall

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DE2802571C2
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    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/006—Resulting in heat recoverable alloys with a memory effect
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16B—DEVICES FOR FASTENING OR SECURING CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OR MACHINE PARTS TOGETHER, e.g. NAILS, BOLTS, CIRCLIPS, CLAMPS, CLIPS OR WEDGES; JOINTS OR JOINTING
    • F16B2200/00—Constructional details of connections not covered for in other groups of this subclass
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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines wärmerückstellbaren Bauteils aus einem Memory- Metall, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Verbindung unter Verwendung des wärmerückstellbaren Bauteils aus einem Memory-Metall.
  • Bekanntlich können bestimmte Legierungen, gewöhnlich Memory- Legierungen genannt, zur Herstellung von wärmerückstellfähigen Gegenständen verwendet werden, d. h. von Gegenständen, die aus einer ursprünglichen Gestalt verformt worden sind und ihre verformte Gestalt bis zum Erhitzen beibehalten, worauf sie sich in Richtung auf ihre ursprüngliche Gestalt zurückstellen. Diese Legierungen weisen eine sogenannte martensitische Umwandlung aus einer Tieftemperaturform zu einer Hochtemperaturform auf. Diese Umwandlung erzeugt den Memory- Effekt. Unter solchen Legierungen sind beispielsweise verschiedene Titan- und Nickel-Legierungen zu nennen, die beispielsweise in den US-PS 31 74 851, 33 51 463, 37 53 700, 37 59 552, den GB-PS 13 27 441 und 13 27 442 sowie in der NASA Publikation SP 110 "55-Nitinol-The Alloy with a Memory, etc." (U. S. Government Printing Office, Washington, D. C. 1972) beschrieben sind. Die Eigenschaft der Wärmerückstellfähigkeit ist jedoch nicht ausschließlich auf solche Titan-Nickel-Legierungen beschränkt. Daher konnte gezeigt werden, daß z. B. verschiedene Beta-Messing- Legierungen diese Eigenschaft haben (z. B. in Nakanishi et al, Scripta Metallurgica 5, 433-440, Pergamon Press 1971). Solche Materialien können zur Erniedrigung ihrer Umwandlungs- bzw. Übergangstemperatur auf Tieftemperatursysteme mittels bekannter Techniken dotiert werden. Auf ähnliche Weise wurde gezeigt, daß 304 rostfreie Stähle solche Eigenschaften aufweisen (E. Enami et al, id, Seiten 663-68).
  • Wie obenerwähnt, weisen diese Legierungen einen Memory-Effekt beim Übergang von einer Tieftemperaturform (z. B. der Martensitform) zu einer Hochtemperaturform (z. B. der Austenitform) auf. Dieser Übergang, bzw. diese Umwandlung, tritt über einen kleinen Temperaturbereich auf und wegen des Auftretens von Hysterese hängt die Lage des Temperaturbereichs gewöhnlich davon ab, ob die Legierung erhitzt oder gekühlt worden ist. Daher tritt Umwandlung beim Erhitzen über den Bereich A s -A f auf, wobei A s und A f jeweils die Temperatur ist, bei der die Bildung von Austenit beginnt, bzw. abgeschlossen ist. Beim Abkühlen tritt Umwandlung über den Bereich von M s -M f auf, wobei M s und M f jeweils die Temperaturen sind, bei der die Bildung von Martensit beginnt bzw. vervollständigt ist. Die Umwandlung aus der einen in die andere Form kann durch Messung einer oder mehrerer physikalischer Eigenschaften der Legierungen ebenso verfolgt werden wie durch die Formänderung. Zum Beispiel kann der spezifische Widerstand einer solchen Legierung beim Stattfinden der Umwandlung eine Anomalie zeigen.
  • Für viele Legierungen liegen M s und A s bei annähernd der gleichen Temperatur, d. h. daß die Umwandlung etwa bei der gleichen Temperatur beginnt, unabhängig davon, ob die Legierung erhitzt oder gekühlt worden ist.
  • Für bestimmte kommerzielle Anwendungen ist es jedoch erwünscht, daß A s aus dem folgenden Grund wesentlich höher liegt als M s :
  • Zahlreiche aus solchen Legierungen hergestellte Gegenstände werden den Benutzern in der verformten, d. h. wärmerückstellfähigen Gestalt zur Verfügung gestellt und sind daher in der martensitischen Tieftemperaturform. Beispielsweise werden die in der GB-PS 13 27 441 beschriebenen hydraulischen Kupplungen in radialexpandierter Form in den Handel gebracht; der Kunde bringt sie über die hydraulischen Rohre, die verbunden werden sollen, in Stellung und erhitzt sie dann auf oberhalb der Umwandlungstemperatur, worauf sie schrumpfen und die gewünschte Verbindung bilden. Da es notwendig ist, daß die Kupplungsmuffen während des Gebrauchs im Austenitzustand bleiben (um beispielsweise eine Reexpansion der Muffen und der Lockerung der Verbindungsstellen zu vermeiden sowie wegen der überlegenen Festigkeitseigenschaften des Austenitzustands) muß die M s -Temperatur des Materials niedriger gewählt werden als die niedrigste Temperatur, der die Verbindungsmuffe im Gebrauch begegnet. Da A s annähernd gleich M s ist, bedeutet dies gewöhnlich, daß die Kupplungsmuffen in einem Kühlmittel, wie flüssigem Stickstoff, gelagert und angeliefert werden müssen, um eine vorzeitige Umwandlung in den Austenitzustand vor dem Gebrauch zu vermeiden.
  • Dies ist unpraktisch, so daß aus diesem Grund versucht wurde, A s ohne entsprechenden Anstieg von M s für wenigstens einen Erhitzungszyklus zu erhöhen, so daß die Muffen bei Umgebungstemperatur gelagert und geliefert werden können und durch Erhitzen rückgestellt werden können. Dieser Anstieg von A s wurde erfolgreich bei bestimmten Legierungen, insbesondere Beta-Messing- Legierungen mittels sogenannter "Vorkonditionierungs"-Methoden erreicht.
  • Beispielsweise werden solche Legierungen nach der DE-OS 26 03 878 thermisch mittels der folgenden Methode vorkonditioniert:
    Die Legierung wird aus ihrem Austenitzustand auf eine Temperatur niedriger als M f abgekühlt, dann sehr langsam auf eine Temperatur von angenommen A p erhitzt, bei der sie normalerweise vollständig im Austenitzustand vorliegt, d. h. oberhalb A f . Da das Erhitzen jedoch sehr langsam verläuft, tritt keine Umwandlung aus dem Martensit- in den Austenitzustand auf. Wenn die Legierung wieder auf unterhalb M f abgekühlt und dann rasch erhitzt wird, findet man, daß die Umwandlung zu Austenit bei etwa A p beginnt, d. h. bei der Temperatur, auf die langsam erhitzt wurde.
  • Eine weitere Methode einer wirksamen Anhebung von A s für wenigstens einen Erhitzungszyklus ist die mechanische Vorkonditionierung nach der DE-OS 26 03 911. Bei diesem Verfahren wird die Legierung oberhalb von M s während einer solchen Zeit in einer verformten Gestalt gehalten, daß nach Entfernung der Verformungsspannung wenigstens ein Teil der induzierten Verformung zurückbleibt. Wenn die Legierung dann erhitzt wird, zeigt sich, daß etwas von dieser zurückgebliebenen Verformung thermisch rückstellbar ist und, was noch wichtiger ist, die Umwandlung in Austenit bei einer Temperatur A p beginnt, die wesentlich höher liegt als A s . In diesem Fall ist A p nicht die gleiche Temperatur, bei der die Legierung im verformten Zustand gehalten worden ist, steigt jedoch mit steigender Belegungszeit.
  • Ferner ist die Vorkonditionierung einer Legierung durch beide der oben beschriebenen Verfahren möglich, um der Legierung zwei künstlich erhöhte Werte für A s zu verleihen, wodurch eine zweistufige Rückstellung möglich ist.
  • Die obigen Verfahren haben sich als erfolgreich für die Vorkonditionierung bestimmter Legierungen erwiesen und neue Anwendungen für Memory-Metalle eröffnet, jedoch sind die Effekte bei anderen Legierungen nicht so groß und in jedem Fall bedeutet die Vorkonditionierung einen getrennten Schritt und ist verhältnismäßig zeitaufwendig.
    •
  • Es besteht daher noch immer ein Bedarf für eine einfache wirksame Methode, die es ermöglicht, Memory-Metallgegenstände bei beispielsweise Raumtemperatur zu lagern, selbst wenn ihr M s unterhalb einer jeden wahrscheinlichen Gebrauchstemperatur bleibt.
  • Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines wärmerückstellbaren Bauteils aus einem Memory-Metall durch Verformen des Metalls unterhalb seiner Phasenumwandlungstemperatur, das dadurch gekennzeichnet ist, daß dieses Bauteil in seinem verformten, gegen Wärmeeinwirkung instabilen Zustand zur vorübergehenden Erhöhung der A s -Temperatur des Memory-Metalls von T 1 auf T 2 mit einer Spannung beaufschlagt wird und unter Aufrechterhaltung der Spannung bei einer niedrigeren Temperatur, als T 2 gelagert wird, wobei die beaufschlagte Spannung so hoch ist, daß das Memory-Metall im wesentlichen im Martensitzustand bleibt. Vorzugsweise wird das Memory-Metall-Bauteil zwischen M s und T 2, insbesondere bei einer Temperatur zwischen T 1 und T 2 gelagert.
  • Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Verfahren zur Herstellung einer Verbindung unter Verwendung des gemäß Anspruch 1 hergestellten Memory-Metall-Bauteils, das dadurch gekennzeichnet ist, daß unmittelbar vor der Verbindung die Spannung bei einer Temperatur von höher als T 1 entfernt wird, so daß das Bauteil sich unter Herstellung der Verbindung zurückstellt.
  • Die aufgebrachte Spannung ist üblicherweise diejenige, die zur Verformung des Memory-Metalls aus seiner ursprünglichen Gestalt in seine verformte wärmerückstellbare Gestalt gebraucht wird. Die Erfindung betrifft daher ein Verfahren zur Herstellung eines wärmerückstellfähigen Gegenstands, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man einem Bauteil aus einem Memory-Metall eine durch Wärme rückstellbare Verformung bei einer Temperatur unterhalb der normalen Umwandlungstemperatur des Metalls verleiht, wobei die angewandte Verformungsspannung auch zur Erhöhung der Umwandlungstemperatur des Memory-Metalls auf oberhalb der Lagertemperatur des Gegenstands ausreicht, die Spannungsbeaufschlagung beibehält und den Gegenstand bei einer Temperatur unterhalb der erhöhten Umwandlungstemperatur, bevorzugt bei einer Temperatur zwischen der normalen Umwandlungstemperatur und der angehobenen Umwandlungstemperatur lagert.
  • Die Erfindung sieht die Aufbringung einer Spannung auf einen vorgeformten wärmerückführenden Gegenstand vor, und auch, daß die während der Lagerung aufgebrachte Spannung größer oder kleiner als die zur anfänglichen Verformung benötigte sein kann, vorausgesetzt, daß in Übereinstimmung mit dem fundamentalen Konzept der Erfindung die erhöhte A s -Temperatur während der Lagerung zu jeder Zeit größer als die Lagertemperatur ist.
  • In zahlreichen vorteilhaften Ausführungsformen ist das erfindungsgemäß hergestellte Bauteil aus Memory-Metall hohl und mit wenigstens einer Öffnung für die Aufnahme eines Substrats, mit dem es verbunden werden soll, versehen; es kann beispielsweise ein kontinuierliches oder geschlitztes Band oder Rohr sein. Der Einfachheit halber wird die Erfindung nachfolgend in Verbindung mit wärmeschrumpffähigen hohlen Kupplungsvorrichtungen, wie Bändern, Ringen und Rohren beschrieben, es ist jedoch klar, daß das Teil aus wärmerückstellfähigem Memory-Metall auch andere Formen haben kann und beispielsweise auch ein Stell- bzw. Schaltelement in einer zusammengesetzten Verbindungsvorrichtung aus einem oder mehreren anderen Teilen sein kann.
  • Das Aufbringen der Spannung auf ein solches Kupplungsteil zur Erhöhung von A s von T 1 auf T 2 kann einfachheitshalber mittels einer Halteeinrichtung erfolgen, die nachgiebig ist, innerhalb der Kupplung angeordnet ist, und die Spannung beispielsweise durch ihre eigene Elastizität und/oder durch die Elastizität der Kupplung selbst aufbringt. In einigen Fällen kann die Halteeinrichtung der Dorn sein, der herkömmlicherweise zur Verformung der Kupplungsmuffe aus ihrem ursprünglichen unverformten Zustand in ihren verformten wärmerückstellfähigen Zustand verwendet wird. Bei bevorzugten Ausführungsformen ist die Halteeinrichtung jedoch ein separates Teil, das während oder unmittelbar nach der Aufweitung auf dem Dorn angebracht wird und welche leicht austauschbar oder insbesondere zerstörbar oder verformbar ist.
    •
  • Bei bestimmten bevorzugten Ausführungsformen ist die Halteeinrichtung beispielsweise innerhalb der Diskontinuität eines expandierten aufgespaltenen Rings oder Rohrs angeordnet und wird im gewünschten Fall zur Ermöglichung der Rückstellung herausgeschlagen bzw. -geworfen. Bei anderen Ausführungsformen kann die Halteeinrichtung aus einem schmelzbaren oder wärmeerweichbaren Material hergestellt sein, so daß die Rückstellung durch Erhitzen auf eine Temperatur oberhalb von T 1 unter Erweichung der Halteeinrichtung bewirkt werden kann. Bei weiteren anderen Ausführungsformen kann die Halteeinrichtung unzureichend fest sein, um die während der Umwandlung zu Austenit erzeugten Rückstellungskräfte auszuhalten, wobei die Rückstellung in diesem Fall einfach durch Erhitzen auf T 2 erreicht wird (oder welche angehobene A s -Temperatur auch immer während der Beaufschlagung mit Spannung beibehalten wird) oder darüber. Andere Formen von Halteeinrichtungen wie beispielsweise ein chemisch abbaubarer, zum Beispiel löslicher Halter ergeben sich für den Fachman von selbst. In einigen Fällen kann der Halter selbst einen nützlichen Teil der Verbindungsvorrichtung bilden, zum Beispiel als schmelzbarer Lötmitteleinsatz, oder als substratverträglicher Einsatz des Typs der in den DE-OS 24 48 160, DE-OS 26 15 572, DE-OS 26 15 723, DE-OS 26 15 683 und DE-OS 26 15 685 beschrieben ist.
  • Die Erfindung basiert auf der bekannten Tatsache, daß bei den meisten Legierungen die A s -Temperatur mit ansteigender Spannung steigt. Beispielsweise steigt die A s -Temperatur von Nickel-Titanlegierungen um etwa 1°C pro 6,89 · 1012 N/mm2 beaufschlagter Spannung. Da die Elastizitätsgrenze dieser Legierungen etwa bei 482,63 : 1012 N/mm2 liegt, bedeutet dies, daß die A s -Temperatur ganz leicht um beispielsweise 50°C erhöht werden kann. Wenn daher die "normale" M s - (und A s -)Temperatur einer solchen Legierung bei -20° liegt, ist es gemäß der Erfindung möglich, einen wärmerückstellfähigen Gegenstand aus einer solchen Legierung bei Raumtemperatur bei einer aufgebrachten Spannung von 344,74 · 1012 N/mm2 zu lagern, so daß seine erhöhte A s -Temperatur etwa +30°C beträgt. Die Rückstellung kann, wenn gewünscht, durch Entfernung der Spannung, das heißt durch Wegnahme oder Zerstörung des Halters bewirkt werden, worauf die A s -Temperatur auf -20°C zurückkehrt, oder durch Erhitzen auf oberhalb von 30°C, so daß die Halteeinrichtung schmilzt, oder durch die Rückstellung der Kupplungsmuffe zerstört oder zerdrückt wird.
  • Trotz der Tatsache, daß es wie obenerwähnt, seit einiger Zeit bekannt ist, daß die A s -Temperatur mit steigender Spannung steigt, wurde die Anwendung dieser Tatsache bisher nie vorgeschlagen. In der GB-PS 13 27 441 wurde zwar vorgeschlagen, eine Halteeinrichtung (jedoch keine leicht verschiebbare oder wegwerfbare) innerhalb einer wärmerückstellfähigen Kupplung anzuordnen, diese Halteeinrichtungen waren jedoch derart, daß die Kupplungen in ihrer expandierten Form bei Temperaturen oberhalb A f gelagert werden konnten und weiterhin derart, daß, wenn die Gesamtheit aus Kupplung/Halteeinrichtung wieder in flüssigen Stickstoff eingetaucht wurde, die Kupplung sich geringfügig ausdehnte, um die Entfernung des Halters zu erleichtern (es ist darauf hinzuweisen, daß die Arbeitsweise nach GB-PS 13 27 441 es notwendig macht, die gesamte Anordnung wieder in flüssigen Stickstoff einzutauchen, um die Kupplung wieder in ihre Martensitform vor der Aufbringung auf das Substrat zu bringen) .
  • Darüber hinaus ist festzustellen, daß bei der mechanischen Vorkonditionierung nach DE-OS 26 03 911, bei der ein Bauteil aus Memorymetall bei einer Temperatur oberhalb M s unter Spannung gehalten wird, um seine A s -Temperatur für den ersten Heizzyklus zu erhöhen, diese nach Entfernung der Spannung nicht auf seinen ursprünglichen Wert zurückgeht. Dies deswegen, weil das Verfahren bis zu einem gewissen Ausmaß von einer Umwandlung in Austenit abhängig ist, um eine isothermische und lokale Umwandlung von Austenit in pseudoelastischen Martensit zu ermöglichen, wenn das Bauteil aus Memorymetall versucht, sich gegen die Zwangskraft zurückzustellen, wobei etwas von der hierdurch verliehenen elastischen Verformung nach Entfernung der verformenden Kraft zurückbleibt. Diese zurückgebliebene Verformung ist teilweise rückstellbar, wenn das Memorymetall auf A p , seine vorübergehend erhöhte A s -Temperatur, erhitzt wird. Auf ähnliche Weise ist festzustellen, daß bei dieser mechanischen Vorkonditionierungsmethode der Memorylegierung für eine beachtliche Zeitdauer bei einer Temperatur oberhalb M s erhalten wird, um die zurückgebliebene Verformung zu erhalten, die mit der erhöhten A s -Temperatur verbunden ist, wobei die A s - Temperatur mit der steigenden Behandlungsdauer ansteigt. An wenigstens einer Stelle in dieser Periode wird das Memorymetall unter Spannung bei einer Temperatur größer als die erhöhte A s -Temperatur bei dieser Zeit gehalten (selbst wenn in einigen Fällen diese Temperatur kleiner als die endgültige, durch die Vorkonditionierung erhaltene A s -Temperatur ist). Hierdurch wird eine wenigstens teilweise Umwandlung in Austenit aus den obengenannten Gründen sichergestellt. Um die vollständige dimensionelle "Erinnerung" zu verwirklichen, kann es notwendig sein, vor dem Wiedererhitzen auf unterhalb M f abzukühlen.
  • In Übereinstimmung mit der Erfindung wird jedoch die A s -Temperatur sofort vorübergehend durch Anwendung von Spannung erhöht, und in keinem Stadium während der Lagerzeit ist die Temperatur größer als die erhöhte A s -Temperatur. Das Memorymetall bleibt daher in seinem Martensitzustand während der gesamten Lagerung.
  • Es ist kein Kühlungsschritt notwendig, um die dimensionelle Rückstellung zu verwirklichen. Sobald die aufgebrachte Spannung bei einer Temperatur oberhalb von T 1, der ursprünglichen A s -Temperatur, entfernt wird, tritt Rückstellung ein.
  • Während daher verschiedene Wärme- und Spannungsbehandlungen von Memorylegierungen vorgeschlagen worden sind, haben keine dieser Behandlungen von dem neuen und fundamentalen Konzept der Erfindung Gebrauch gemacht, nämlich die normale A s -Temperatur durch Anwendung von Spannung zu erhöhen, während gleichzeitig die Legierung im wesentlichen in ihrer Martensitform gehalten wird, wodurch sowohl ein permanenter als auch ein vorübergehender Verlust an thermisch rückstellbarer Spannung vermieden und sichergestellt wird, daß die Legierung sich zurückstellt, sobald die Spannung bei oder oberhalb der normalen A s -Temperatur entfernt wird.
  • Daraus folgt, daß sich bisher noch niemand die leicht zerstörbaren, verformbaren oder verschiebbaren Halteeinrichtungen vorgestellt hat, die vorteilhaft für das erfindungsgemäße Verfahren verwendet werden. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein wärmerückstellfähiges Teil aus Memorymetall hergestellt, das im vorwiegend martensitischen Zustand, das heißt unterhalb von T 2 mittels einer lösbaren Halteeinrichtung gehalten wird. Unter "lösbarer Halteeinrichtung" wird nachfolgend eine Einrichtung verstanden, die unmittelbar vor oder beim Beginn der Rückstellung entfernt oder ausgewechselt werden kann, um das Bauteil aus Memorymetall von der Verformungsspannung zu befreien, ohne daß die Temperatur der Anordnung aus Halteeinrichtung/Bauteil aus Memorymetall auf unterhalb T 1 verringert werden muß, wobei T 1 die A s -Temperatur des Memorymetalls des wärmerückstellfähigen Bauteils in Abwesenheit von beaufschlagter Spannung ist.
  • Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die entlast- bzw. lösbare Halteeinrichtung stark genug, um die angewandte Spannung während der Lagerung bereitzustellen, jedoch nicht ausreichend stark, um den Rückstellkräften des Memorymetall-Bauteils zu widerstehen. Eine solche Halteeinrichtung kann daher einfach durch Erhitzen des Gegenstandes auf die erhöhte Umwandlungstemperatur T 2 verformt werden. Beispielsweise kann ein solcher Gegenstand nach der GB-PS 14 88 393 in Form eines rohrförmigen Aluminiumeinsatzes hergestellt werden, der als entlast- oder lösbarer Halter wirkt und der innerhalb eines radial rückstellfähigen Rings oder Rohrs aus einem Memorymetall, wie β-Messing, angeordnet ist. Dieser Gegenstand kann zur Verbindung von Substraten, wie Hydraulik-Rohrleitungen verwendet werden.
  • Ein solcher Gegenstand ist wirtschaftlich interessant, da die M s /A s -Differenz bei bestimmten Messing-Legierungen ziemlich groß ist und da diese verhältnismäßig billig sind. Bis heute war es ein Nachteil, daß trotz der verhältnismäßig großen Temperaturdifferenz zwischen M s und A s es notwendig war, um M s unterhalb der kleinsten zu erwartenden Betriebstemperatur zu halten, Legierungen zu verwenden, bei denen A s nur gerade oberhalb der Umgebungstemperatur liegt. Dies hat manchmal zu einer vorzeitigen Rückstellung des Gegenstands während der Lagerung geführt, was ihn nutzlos macht. Erfindungsgemäß ist es jedoch möglich, A s ausreichend anzuheben und dieses Problem zu beseitigen, ohne daß gleichzeitig M s auf ein nicht akzeptables Niveau erhöht wird.
    •
  • Die Erfindung wird nachfolgend in größeren Einzelheiten lediglich beispielhaft anhand der Zeichnungen beschrieben, in denen
  • Fig. 1 ein wärmerückstellfähiges Bauteil aus einem Memory-Metall hergestellt gemäß der Erfindung,
  • Fig. 2 die Verwendung des Bauteils von Fig. 1 zur Verbindung von 2 Rohren zeigen.
  • Ein aus einem radial wärmeschrumpffähigen Rohr 1 bestehendes Verbindungsstück, hergestellt aus einem Memory-Metall, ist um eine innere Muffe 2 herum in Stellung gebracht, die als eine Halteeinrichtung dient, um die auf das Rohr 1 aufgebrachte Spannung aufrechtzuerhalten. Bei einer bevorzugten Ausführungsform besteht das Rohr 1 aus einer Messing-Legierung und die Einsatzmuffe 2 aus einem Metall, wie Aluminium. Erfindungsgemäß ist die Einsatzmuffe 2 ausreichend fest, um eine Spannung, mit der das Rohr 1 beaufschlagt ist, aufrechtzuerhalten, so lange das Rohr 1 im Martensitzustand bleibt. Die Muffe ist jedoch andererseits nicht fest genug, die Rückstellkräfte des Rohrs 1 auszuhalten, wenn die Temperatur auf oberhalb T 2 erhöht wird.
  • Wie in Fig. 2 gezeigt, kann die Vorrichtung als zusammengesetzte Verbindungseinrichtung gemäß GB-PS 14 88 393 verwendet werden. In der gezeigten Anordnung werden 2 Rohre zusammengebracht, indem man sie um einen Abstandshalter 5 herum in Stellung bringt, der mit einem ringförmigen Kragen 6 versehen ist, gegen den die Enden der Rohre 3 und 4 stoßen. Diese Baugruppe wird innerhalb des Verbinders von Fig. 1 angeordnet. Wenn die Temperatur auf T 2 oder darüber hinaus erhöht wird, schrumpft das Rohr aus Memory-Metall 1 in radialer Richtung und zwingt die Einsatzmuffe 2 in feste Verbindung mit beiden Rohren.
  • Selbstverständlich kann gemäß GB-PS 14 88 393 die Einsatzmuffe 2 aus einem zum Abrieb neigenden Material oder einem anderen mit dem Material der Rohre 3 und 4 verträglichen Material hergestellt sein. Alternativ kann die Muffe auf ihrer inneren Oberfläche mit Zähnen oder anderen Vorsprüngen versehen sein, die sich bei der Rückstellung in die Rohre 3 und 4 einhaken.
  • Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform besteht das Rohr aus Memory-Metall 1 aus einer vorkonditionierten Messing- Legierung die eine M s -Temperatur deutlich unterhalb von Raumtemperatur hat, beispielsweise derart niedrig wie -40°C.
  • Bei einer solchen Legierung liegt die normale vorkonditionierte A s -Temperatur bei oder geringfügig oberhalb Umgebungstemperatur. Wird nicht von der Lehre der Erfindung Gebrauch gemacht, bestünde die Gefahr, daß die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung ausreichend warm wird, so daß Temperaturrückstellung während der Lagerung erfolgt. Wegen der Beaufschlagung mit Spannung, die durch die Einsatzmuffe 2 aufrechterhalten wird, wird jedoch A s auf ein Niveau angehoben, das ausreichend hoch ist, um diese Gefahr zu verhindern.
  • Der Verbinder kann auf verschiedene Weise hergestellt werden. Beispielsweise kann das wärmerückstellfähige Rohr 1 verformt werden, worauf eine Spannung gemäß der Erfindung mittels eines Dorns, der danach entfernt und durch die Haltemuffe 2 ersetzt wird, aufgebracht wird. Alternativ können wärmerückstellfähige Rohre 1 und Einsatzmuffe 2 in einigen Fällen gleichzeitig unter Erzeugung des in Fig. 1 gezeigten Verbinders verformt werden.
  • Die Erfindung stellt daher eine neue und wichtige Methode zur vorübergehenden Erhöhung der Rückstelltemperatur von wärmerückstellfähigen Gegenständen aus Memory-Metall mittels einer Behandlung dar, in der zur Erhöhung der A s -Temperatur des Memory-Metalls eine Spannung aufgebracht und diese bei einer Temperatur unterhalb der erhöhten A s -Temperatur aufrechterhalten wird, so daß der Gegenstand nicht versucht, sich die beaufschlagte Spannung zurückzustellen. Wenn der wärmerückstellfähige Gegenstand verwendet werden soll, wird die Spannung entfernt, worauf A s im wesentlichen zu T 1 zurückkehrt.
  • Obwohl die Erfindung besonders vorteilhaft auf Nickel-Titan- und Messing-Legierungen angewendet wird, wie oben dargelegt wurde, ist sie ebenso für viele andere Memory-Legierungen, insbesondere solche, in denen A s signifikant durch angelegte Spannungen erhöht werden kann, geeignet.
  • Geeignete Spannungen und Temperaturen für solche Legierungen lassen sich durch Routineexperimente unter Verwendung beispielsweise von elektrischen, kristallografischen und anderen dem Fachmann bekannten Methoden bestimmen.
  • Schließlich werden in den Fig. 3 und 4 typische Hysteresisschleifen jeweils für eine Nickel-Titan-Legierung und eine vorkonditionierte Messing-Legierung gezeigt. Aus Fig. 3 ist ersichtlich, daß die Hysteresis-Schleife für eine Nickel-Titan- Legierung ziemlich eng ist und die gemäß der Erfindung hergestellten Gegenstände daher im allgemeinen bei einer Temperatur innerhalb des schraffierten Bereichs zwischen T 1 und T 2 gelagert werden können.
  • Andererseits ist, wie in Fig. 4 gezeigt, die ursprüngliche Hysteresisschleife für eine vorkonditionierte Messing-Legierung, wie beispielsweise eine quarternäre Kupfer/Aluminium/ Zink/Mangan-Legierung des in der BE-PS 8 38 197 beschriebenen Typs verhältnismäßig breit. Daher können die gemäß der Erfindung hergestellten Gegenstände gewünschtenfalls bei einer Temperatur innerhalb des schraffierten Bereichs, d. h. einer Temperatur unterhalb von T 1 gelagert werden.
  • Weitere Variationen und Modifikationen ergeben sich für den Fachmann, z. B. kann die Halteeinrichtung darauf eingerichtet sein, mechanisch geschwächt oder verformt zu werden.

Claims (20)

1. Verfahren zur Herstellung eines wärmerückstellbaren Bauteils aus einem Memory-Metall durch Verformen des Metalls unterhalb seiner Phasenumwandlungstemperatur, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Bauteil in seinem verformten, gegen Wärmeeinwirkung instabilen Zustand zur vorübergehenden Erhöhung der A s -Temperatur des Memory-Metalls von T 1 auf T 2 mit einer Spannung beaufschlagt wird und unter Aufrechterhaltung der Spannung bei einer niedrigeren Temperatur als T 2 gelagert wird, wobei die beaufschlagte Spannung so hoch ist, daß das Memory-Metall im wesentlichen im Martensitzustand bleibt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung zur gleichen Zeit wie die Spannung zur Verformung des Memory-Metalls in seinen gegen Wärme instabilen Zustand aufgebracht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung aufgebracht wird, nachdem das Memory-Metall in seinen gegen Wärme instabilen Zustand verformt worden ist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung mittels eines lösbaren Halters aufgebracht wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Halter zerstörbar oder verformbar ist.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Halter aus einem schmelzbaren Material besteht.
7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Halter aus einem chemisch abbaubaren Material besteht.
8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Halter den beim Erhitzen des Memory-Metallbauteils auf T 2 erzeugten Rückstellkräften nicht widersteht.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil aus Memory-Metall ein radial expandierter Ring oder ein Rohr ist.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Halter in Form eines Rings oder eines Rohrs innerhalb des Memory-Metall-Bauteils angeordnet ist.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Memory-Metall-Bauteil ein Hohlkörper ist, der eine Diskontinuität in seinem Querschnitt in der Rückstellebene aufweist.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Halter innerhalb dieser Diskontinuität angeordnet ist.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Memory-Bauteil bei einer Temperatur zwischen M s und T 2 gelagert wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Memory-Metall-Bauteil bei einer Temperatur zwischen T 1 und T 2 gelagert wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Memory-Metall eine Nickel-Titan-Legierung ist.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Memory-Metall Messing ist.
17. Verfahren zur Herstellung einer Verbindung unter Verwendung einer Vorrichtung, die ein gemäß Anspruch 1 hergestelltes Memory-Metall-Bauteil enthält, dadurch gekennzeichnet, daß unmittelbar vor der Verbindung die Spannung bei einer Temperatur von höher als T 1 entfernt wird, so daß das Bauteil sich unter Herstellung der Verbindung zurückstellt.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung durch einen lösbaren Halter aufgebracht wird.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung durch Erhitzen der Vorrichtung auf T 2 entfernt wird, so daß sich das Memory-Metall-Bauteil zurückstellt und den Halter verformt.
20. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 17 auf eine Verbindung zwischen zwei im wesentlichen rohrförmigen Substraten, wobei das Memory-Metall die Form eines Rings oder Rohrs mit einer Größe hat, die um die Substrate herumpaßt.
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