DE2919798A1 - Nickel-eisen-legierung mit geringer waermeausdehnung, verfahren zu ihrer herstellung und ihre verwendung - Google Patents

Nickel-eisen-legierung mit geringer waermeausdehnung, verfahren zu ihrer herstellung und ihre verwendung

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine verbesserte Nickel-Eisen-Legierung, die in Thermostat-Verbundmetallen brauchbar ist,
auf ein Verfahren zu ihrer Herstellung und ihre Verwendung.
Eine Reihe von Legierungen ist auf dem Fachgebiet verwendet
worden, die verhältnismäßig geringe Wärmeausdehnung aufweisen. Von besonderem Interesse in dieser Hinsicht ist das Nickel-Eisen-System, insbesondere solche Legierungen mit zwischen etwa 30 und 40 % Nickel. Beispielsweise hat die als Invar bekannte Legierung mit etwa 36 Gewichtsprozent Nickel eine verhältnismäßig geringe Wärmeausdehnung und ist weithin als die Seite
mit geringer Ausdehnung bei Thermostat-Verbundmetallen eingesetzt worden, im allgemeinen in Porm von Bimetall- oder Trimetallstreifen. Diese Eigenschaften sind zum Beispiel in Lement et al., Transactions of the ASM, Band 43, 1072 (1951) und den dort genannten Zitaten zusammengestellt worden. Die US-PS
3 114 662 offenbart ein Verfahren zur Herstellung einer 36 %
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-r. 291979
—■ fr·—
Nickel-Eisen-Legierung mit geringer Wärmeausdehnung und niedrigem Sauerstoffgehalt.
Die geringstmögliche Wärmeausdehnung ist wünschenswert in einer Nickel-Eisen-Legierung, da dies zur maximalen Auslenkung als Reaktion auf eine Temperaturänderung führt, wenn die legierung mit einem Metall verhältnismäßig großer Wärmeausdehnung in einem zweilagigen oder dreilagigen Thermostat-Verbund kombiniert ist. Ein weiteres erwünschtes Merkmal solcher Legierungen ist die Beständigkeit gegen Kornwachstum. Das in einem Thermostat-Met allverbund verwendete Material mit höherer Wärmeausdehnung hat im allgemeinen eine höhere Rekristallisationstemperatur als die Nickel-Eisen-Legierung geringer Ausdehnung, und die für das Material mit der hohen Ausdehnung erforderliche höhere Anlaßtemperatur löst unerwünschtes Kornwachstum in der Nickel-Eisen-Legierung während der Bearbeitung des Thermostat-Metallverbundes aus.
Eine Reihe von Paktoren führt bekanntlich zu geringerer Wärmeausdehnung, beispielsweise die Herabsetzung von Verunreinigungen, insbesondere Kohlenstoff, und, im geringeren Ausmaß, von Mangangehalten. Kaltbearbeitung der Legierung zur Verringerung der Oberfläche bis zu etwa 50 % führt auch zu verminderter Wärmeausdehnung im Vergleich zur geglühten Legierung. Dieser Effekt wird zum Vorteil ausgenutzt, da die meisten Thermostatkomponenten in diesem kaltbearbeiteten Zustand verwendet werden.
Während es auf dem Fachgebiet bekannt ist, refraktäre Oxide in einer Metall- oder Legierungsmatrix zu dispergieren, um die Festigkeits- und Härteeigenschaften zu verbessern, war das Dispergieren von Magnesiumoxid in einer 36 % Nickel-Eisen-Legierung zur Erzielung geringer Wärmeausdehnung und verbesserter Beständigkeit gegenüber Kornwachstum bislang nicht bekannt. Die erfindungsgemäßen Legierungen sind keine Dispersions-gehärteten Legierungen des bislang auf dem Fachgebiet bekannten
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Typs· Im allgemeinen enthalten solche dispersionsverstärkten Legierungen größere Mengen einer Dispersion refraktären Oxids mit einer geringeren Teilchengröße, vgl· zum Beispiel die US-PS 3 317 285. Typischerweise führen die in dispersionsverstärkten Legierungen vorhandenen refraktären Oxid-Dispersionen zu einer wesentlichen Erhöhung des Erweichungspunktes der Legierung. Solch ein Einfluß wurde für den Zusatz der erfindungsgemäßen Magnesiumoxid-Dispersionen zu 36 % Nickel-Eisen-Legierungen nicht "beobachtet, da der haTb-harte Erweichungspunkt der erfindungsgemäßen Legierungen im Bereich von etwa 627 bis etwa 6410C (1160 bis etwa 11850F) liegt (50 % kaltbearbeitetes Material, 30 min bei Temperatur)·
Die Erfindung bezieht sich auf eine Nickel-Eisen-Legierung mit darin als unlöslicher Phase gleichmäßig dispergierten etwa 0,015 bis 0,60 Gewichtsprozent Magnesiumoxid und etwa 34,5 bis 37,5 Gewichtsprozent Nickel, weniger als 0,03 Gewichtsprozent Kohlenstoff und weniger als 0,15 Gewichtsprozent Mangan. Vorzugsweise liegt das Magnesiumoxid in einer Menge von etwa 0,02 bis 0,20 Gewichtsprozent und insbesondere bevorzugt von etwa 0,02 bis 0,10 Gewichtsprozent vor. Besonders bevorzugte Legierungen sind solche mit etwa 36,0 bis 36,8 Gewichtsprozent Nikkei.
Zur Erfindung gehört auch ein Verfahren zur Herstellung der oben beschriebenen Legierungen, bei dem ein Gemisch aus Eisen- und Nickel-Pulver in Mengen, die das gewünschte Nickel/Eisen-Verhältnis liefern, zusammen mit einer Quelle von etwa 0,015 bis 0,60 Gewichtsprozent Magnesiumoxid gemischt wird, das Gemisch zu einer zusammenhängenden Form komprimiert und das kompaktierte Gemisch in einer reduzierenden Atmosphäre bei einer Temperatur zwischen etwa 1038 und 13160C (1900 und 24000F) erhitzt wird, bis Nickel und Eisen praktisch vollständig miteinander legieren. Ein bevorzugtes Verfahren ist ein solches, bei dem das Kontaktieren durch Kaltwalzen zur Bildung eines Streifens mit einer Dichte von etwa 75 bis 85 % des theoretischen Maximums erfolgt. .
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Ein weiterer erfindungsgemäßer Aspekt bezieht sich auf einen Thermostat-Metallverbund in Streifenform mit einer ersten Schicht der erfindungsgemäßen, Magnesiumoxid enthaltenden Nikkel-Eisen-Legierung, an einer Fläche mit einer zweiten Schicht eines Metalls oder einer legierung mit einem höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten verbunden, das heißt, ein Thermostat-Verbund des Bimetalltyps. Zur Erfindung gehört auch ein dreilagiger Thermostat-Verbund, bei dem eine Zwischenlage zwischen den Schichten oder Lagen mit geringer und hoher Wärmeausdehnung liegt, wobei die Zwischenschicht aus einem Metall oder einer Legierung mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem der ersten, Magnesiumoxid enthaltenden Nickel-Eisen-Legierungsschicht und dem der Schicht mit hoher Ausdehnung des Verbundes liegt.
Zusätzlich zu der Brauchbarkeit in Thermostat-Metallverbunden, wie oben beschrieben,- ist die erfindungsgemäße Legierung auf weiteren Anwendungsgebieten brauchbar, wo geringe Wärmeausdehnung gewünscht wird, zum Beispiel bei der Herstellung von Präzisionsinstrumenten.
Pig. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines zweilagigen Thermostat-Verbundes gemäß der Erfindung in Streifenform;
Pig. 2 ist eine perspektivische Ansicht eines dreilagigen Thermostat-Verbundes gemäß der Erfindung in Streifenform.
Die erfindungsgemäßen, Magnesiumoxid enthaltenden Legierungen zeichnen sich durch einen geringeren Wärmeausdehnungskoeffizienten als die entsprechende Legierung mit gleichem Nickelgehalt ohne Magnesiumoxid aus. Es versteht sich, daß die Wärmeausdehnung dieser Legierungen mit oder ohne Magnesiumoxid mit dem Nickelgehalt der Legierung variiert. Wie jedoch die durch Zusatz von Magnesiumoxid bewirkten Wärmeausdehnungseigenschaften veranschaulichen, zeichnet sich eine Legierung mit einem Nikkelgehalt von 36,2 % Nickel durch einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von weniger als etwa 0,40 ppm/°C über den Temperaturbereich von 30-1000C und von weniger als 1,20 ppm/°C über den Tem-
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peraturbereich von 30-15O0C in 50 % kaltbearbeitetem Zustand aus. Im angelassenen oder geglühten Zustand läßt sich ein Wärmeausdehnungskoeffizient von weniger als etwa 1,05 ppm/°C über den Temperaturbereich von 30-1000C und von 1,30 ppm/°C über den Temperaturbereich von 30-15O0C verwirklichen. Wärmeausdehnungskoeffizienten, wie hier beschrieben, werden an Streifenproben unter Verwendung eines Differential-Dilatometers und von NBS-Borsilikat als Standard bestimmt. Im Gegensatz dazu besitzen derzeit im Handel erhältliche typische 36 % Nickel-Eisen-Legierungen einen Wärmeausdehnungskoeffizienten im 50 % kaltbearbeiteten Zustand zwischen etwa 0,5 und 1,1 ppm/°C über den Temperaturbereich von 30-1000C und zwischen etwa 1,4 und 1,7 ppm/°C über den Temperaturbereich von 30-15O0C. Im geglühten Zustand haben solche legierungen typischerweise Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen etwa 1,3 und 1,6 ppm/°C über den Temperaturbereich von 30-1000C und zwischen etwa 1,6 und 2,2 ppm/°C über den Temperaturbereich von 30-15O0C.
Die erfindungsgemäßen Legierungen haben auch verbesserte Beständigkeit gegenüber Kornwachstum beim Anlassen oder Glühen. Dies kann beispielsweise aus Mikrophotographien von Streifenproben nach Hochtemperaturglühen (1038 bis 12040C bzw. 1900 bis 22000P) bestimmt werden. Typischerweise werden Legierungskorngrößen im Bereich von etwa 0,02 bis etwa 0,05 mm Durchmesser erhalten, kleiner als vergleichbare Nickel-Eisen-Legierungen ohne darin dispergierte Oxidphasen. Die Mikrophotographien enthüllen auch Magnesiumoxid-Teilchengrößen im Bereich von etwa 0,5 bis etwa 2 um, mit einer Durchschnittsgröße von etwa 1 um.
Erfindungsgemäße Legierungen mit den oben beschriebenen Eigenschaften sind durch ein pulvermetallurgisches Verfahren zu erhalten, das die Bildung einer hochreinen Nickel-Eisen-Legierung und das gleichförmige Dispergieren des Magnesiumoxids als unlösliche Hiase darin erlaubt. Der erste Schritt des Verfahrens ist ein inniges Mischen eines Gemischs aus Eisen- und Nickelpulvern in Mengen, die das gewünschte Nickel/Eisen-Verhältnis liefern, zusammen mit einer Quelle für Magnesiumoxid. Zur Herstellung einer Legierung mit der gewünschten geringen Wärmeausdeh-
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nung sollten hochreine Eisen- und Nickelpulver verwendet werden, wobei die Werte der Verunreinigungen an nicht-flüchtigen Metallen insgesamt nicht über etwa 5000 ppm, die Werte für Mangan nicht über etwa 3000 ppm hinausgehen sollten. Im Hinblick auf flüchtige Verunreinigungen sollten Sauerstoff- und Kohlenstoff-Werte insgesamt nicht über etwa 15 000 ppm hinausgehen, wobei Kohlenstoffwerte nicht über etwa 2500 ppm hinausgehen sollten, wobei diese Werte für Nickel und Eisen zusammen gelten. Die Pulver sollten in feinteiliger Form vorliegen, im allgemeinen nicht grober als etwa einer lichten Maschenweite von 105 um (140 mesh) entsprechend und vorzugsweise kleiner als etwa einer lichten Maschenweite von 74 um (200 mesh) Standard-Siebgröße entsprechend. Eisen- und Nickelpulver geeigneter Reinheit und Teilchengröße sind im Handel erhältlich und können so direkt beim erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden. Natürlich können beim erfindungsgemäßen Verfahren vorlegierte Nickel-Eisen-Pulver verwendet werden, und die Verwendung solcher vorlegierter Pulver soll im Rahmen der Erfindung, wie hier beschrieben und beansprucht, liegen. Die Nickel- und Eisen-Pulver werden mit einer Quelle für Magnesiumoxid in ausreichender Menge für etwa 0,015 und 0,60 Gewichtsprozent Magnesiumoxid in der fertigen, gebildeten Legierung innig gemischt. Die Quelle für Magnesiumoxid kann entweder gepulvertes Magnesiumoxid selbst oder jede Verbindung sein, die bei Zersetzung Magnesiumoxid liefert. Natürlich können beim erfindungsgemäßen Verfahren auch Gemische aus Magnesiumoxid und Magnesiumsalzen oder Gemische verschiedener Magnesiumsalze eingesetzt werden. Magnesiumoxid kann als Pulver mit einer Teilchengröße unter etwa 74 um (200 mesh) zugesetzt werden. Geeignete Magnesiumsalze, die zu Magnesiumoxid zersetzbar sind, sind zum Beispiel das Nitrat, Acetat, Citrat, Oxalat und ähnliche Salze. Ein bevorzugtes solches Salz ist Magnesiumacetat. Das Salz wird als feines Pulver, im allgemeinen entsprechend einer lichten Maschenweite von 250 pm (60 mesh) oder feiner zugesetzt. Es kann auch in Form einer Lösung zugesetzt werden. Sind Magnesiumoxid-Gehalte in der fertigen Legierung über 0,1 Gewichtsprozent erwünscht, wird vorzugsweise Magnesiumoxid oder Magnesiumoxid mit nur begrenzten Mengen
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zersetzbarer Magnesiumsalze als Magnesiumoxidquelle verwendet. Damit wird jede erhebliche Gasentwicklung während der Zersetzung der Salze vermieden. Das Mischen der Metallpulver und der Magnesiumverbindung kann in herkömmlicher Anlage erfolgen. Eine geringe Menge, bis zu etwa 0,5 Gewichtsprozent Methylzellulose, und eine kleine Menge Wasser oder Wasser-Glyzerin-iösung, bis zu etwa 0,5 Gewichtsprozent, kann, wenn gewünscht, beim Mischen zugesetzt werden, um das Dispergieren der Magnesiumverbindung in dem Gemisch zu unterstützen.
Das durchmischte Pulvergemisch wird zu einer zusammenhängenden Porm kompaktiert, die sich für die besondere, beabsichtigte Endverwendung als Legierung mit niedriger Wärmeausdehnung eignet, zum Beispiel zu der Form eines Stabes, einer Stange, einer Platte oder eines Streifens. Das Kontaktieren kann entweder kontinuierlich oder nicht-kontinuierlich nach jeder geeigneten Maßnahme erfolgen, die die gewünschte Gestalt oder Körperform liefert, zum Beispiel Walzverdichten, isostatisches Pressen, Formdüsenpressen und dergleichen. Im allgemeinen wird ein Verdich-
ty
tungsdruck von etwa 25 bis 75 t/in angewandt, um der verdichteten Ροπή eine Dichte von etwa 75 bis 85 % der theoretisch maximalen Dichte zu verleihen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform werden die gemischten Pulver durch Kaltwalzen zu Streifenform verdichtet, wenn, nach weiterer Behandlung, wie nachfolgend beschrieben, die Legierung leicht in die erfindungsgemäßen Thermo stat-Yerbundsy sterne eingebracht werden mag.
Die verdichtete Masse wird dann in einer reduzierenden Atmosphäre bei einer Temperatur zwischen etwa 1038 und 13160C (1900 und 240O0P) erhitzt, bis das Nickel und das Eisen praktisch vollständig legiert sind. Die dazu notwendige Zeit variiert mit der angewandten Temperatur und liegt im allgemeinen zwischen etwa 10 und 100 Stunden. Geeignete reduzierende Atmosphären sind zum Beispiel Viasserstoff oder Gemische aus Wasserstoff und Stickstoff, vorzugsweise eine dissoziierte Ammoniakatmosphäre. Vorzugsweise erfolgt die Wärmebehandlung in zwei Stufen, die erste bei tieferer Temperatur von etwa 927 bis 11040C (17ΟΟ bis 22000P)
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zum Sintern der Metallpulver und zum Zersetzen der Magnesiumverbindung bei Verwendung eines zersetzbaren Salzes, dem folgt eine zweite Stufe bei einer Temperatur zwischen etwa 1038 und 13160C (etwa 1900 und 24000F) zum Legieren des Nickels und Eisens.
Die beim obigen Verfahren gebildete Legierung kann dann heiß oder kalt bearbeitet oder einer weiteren Behandlung unterworfen werden, die sich für die beabsichtigte Endverwendung eignet. Bei einer bevorzugten Ausführungsform zum Beispiel kann der wie oben beschrieben gebildete Legierungsstreifen auf etwa 98 bis 100 % der theoretischen Dichte kaltgewalzt und bei einer Temperatur von etwa 815 bis 1093°0 (1500 bis 20000F) geglüht werden, wenn er in einer zur Verwendung als Seite geringer Ausdehnung bei Thermostat-Metallkomponenten geeigneten Form vorliegt.
Der erfindungsgemäße Thermostat-Verbund ist in den Figuren 1 bzw. 2 dargestellt. Fig. 1 stellt einen Thermostat-Metallverbund in Streifenform mit einer ersten Schicht 1 der Magnesiumoxid enthaltenden Nickel-Eisen-Legierung gemäß der Erfindung, gebunden mit einer Fläche an eine zweite Schicht 2 eines Metalls oder einer Legierung mit verhältnismäßig höherem Wärmeausdehnungskoeffizienten als die erste Schicht dar. Zur Verwendung als Schicht mit hoher Wärmeausdehnung geeignete Metalle oder Legierungen sind auf dem Fachgebiet gut bekannt und umfassen beispielsweise, ohne Beschränkung hierauf, Silber, Nickel, Eisen, Legierungen, wie 22 % Ni-3%Cr-0,1%C-Fe, 19,4% Ni-2,25%Cr-0,5% C-Fe, 25% Ni-8,5%Cr-Fe, 18% Ni-11,5%Cr-Fe, 14% Ni-5%Mn-O,5%C-Fe, 25%Ni-4%Mn-Fe, 10%fTi-18%Cu-72%Mn, 62%Cu-3*8%Zn (Messing), 98%Cu-2%Ag und 1,5%Si-0,3%Mn-Cu (Siliciumbronze). Fig. 2 stellt einen dreilagigen Thermostat-Verbund in Streifenfornuflamäß der Erfindung dar, worin eine zwischengelegte Orshunt-Schicht 3 zwischen der Schicht mit geringer Ausdehnung der erfindungsgemäßen Legierung 1 und der Schicht mit hoher Ausdehnung 2 gelegt ist. Die Schicht 3 hat einen Wärmeausdehnungskoeffizienten, der zwischen dem der Schichten mit geringer und mit hoher Ausdehnung, 1 bzw. 2, liegt.
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BAD ORIGINAL
Geeignete Metalle für diesen Zweck sind auf dem Fachgebiet gut bekannt, dazu gehören, ohne Beschränkung hierauf, Nickel und 98 % Cu-256Ag.
Die !Dhermostat-Verbundstrukturen gemäß der Erfindung sind nach dem Fachmann vertrauten Methoden leicht herzustellen. Die Schichten der verschiedenen Metalle oder Legierungen werden metallurgisch miteinander verbunden, zum Beispiel durch Walzverbinden, Warmverbinden oder dergleichen, um eine integrale Verbundstruktur in Streifenform zu bilden, die sich in einer Richtung senkrecht zur Längsachse des Streifens, auf Temperaturänderungen ansprechend, deformiert. Jede Verbundschicht Trenn je nach der besonderen Anwendung in der Dicke variieren, ist aber im allgemeinen etwa 0,025 bis 2,54 mm (0,001 bis etwa 0,1 Zoll) dick. Durch Wahl geeigneter Metalle für die Schicht 2 einer Bimetallstruktur und für die Schichten 2 und 3 einer dreilagigen Verbundstruktur und durch Variieren der Dicke des Verbundes und jeder seiner Schichten können die Eigenschaften des Verbundes variiert werden, um auf Temperaturänderung Dimensionsanderungen entsprechend den am meisten erwünschten für eine besondere Anwendung zu ergeben. Die Thermostat-Verbundstrukturen gemäß der Erfindung sind in Bereichen wie der Temperaturregelung und dergleichen brauchbar und nützlich.
Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele weiter veranschaulicht. Es versteht sich jedoch, daß sie nicht auf die speziellen Einzelheiten dieser Beispiele beschränkt ist. Sofern nicht anders angegeben, beziehen sich alle Erozentsätze auf das Gewicht.
Beispiel 1
Ein Labor-acht-quart-Patterson-Kelley-V-Hischer mit einem Flüssigdispersions-Verstärkerstab wurde mit (4 932,79 g) Carbonyl-Nickelpulver, INCO Typ 123t (8 718,50 g Eisenpulver) (Quebec Metal Powders Atomet, durch 105 um bzw. 140 mesh), (54»61 g, durch 177 um bzw. 80 mesh) Methocel und (68,04 g, durch 149 pm bzw. 100 mesh) Magnesiumacetat beschickt« Der Magnesiumacetat-
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Gehalt entspricht einem Zusatz von 0,082 Gewichtsprozent Magnesiumoxid in der fertigen Legierung. Die Pulver wurden zunächst sechs Minuten gemischt, dann weitere sechs Minuten, wobei anfangs (54,6 cnr) Wasser und (13,7 cm ) Glyzerin durch den Rührstab zugesetzt wurden. Das Gemisch wurde dann bei 30 bis 60 t/in2 zu einem Streifen von etwa 2,667 mm (0,105 Zoll) Dicke und 445 mm (17,5 Zoll) Breite walzverdichtet. Die frische Dichte betrug etwa 81 % des theoretischen Maximums. Die Streifen wurden dann etwa 10 min bei 11490C (21000I1) in strömendem, dissoziiertem Ammoniak gesintert (-340C bzw. -300I1 Einlaß-Taupunkt). Die Dichte stieg auf etwa 85 % des theoretischen Maximums an. Proben wurden aus den Sinterstreifen geschnitten und in einem Produktionsofen 50 h bei 12320C (22500P) in strömendem, dissoziiertem Ammoniak (-340C bzw. -300P Einlaß-Taupunkt) homogenisiert, 15 % auf eine Dicke von 2,159 mm (0,085 Zoll) kaltgewalzt, etwa 15 min bei 10380C (19000P) in trockenem, dissoziiertem Ammoniak angelassen oder geglüht, auf 1,524 mm (0,060 Zoll) kaltgewalzt, wieder wie oben geglüht und dann 50 % auf 0,762 mm (0,030 Zoll) kaltgewalzt. Die Elementaranalyse zeigte folgende Zusammensetzung: Ni 36,23 %, Mn 0,025 %, Mg 0,071 %, Si 0,049 %, C 0,0011 %, Rest Pe.
Beispiel 2
Die Arbeitsweise des Beispiels 1 wurde unter Verwendung der gleichen Mengen der Metalle, aber ohne Zusatz von Magnesiumacetat wiederholt. Die Elementaranalyse der erhaltenen Legierung war Ni 35,92 %, Mn 0,025 %, Mg 0,0042 % Si 0,049 %, C 0,0056 %, Rest Pe.
Beispiel 3
Die Wärmeausdehnungskoeffizienten wurden an Streifenproben der in den Beispielen 1 und 2 erhaltenen Legierungen unter Verwendung eines Theta-Differentialdilatometers und von NBS-Borsilikat als Standard bestimmt. Die Messungen erfolgten an Proben des 50 % kaltgewalzten, in den Beispielen 1 und 2 erhaltenen' Materials und an Proben, die 30 min in trockenem, dissoziiertem
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1Ui-
Ammoniak bei 76O0C (140O0F) geglüht worden waren. Die gemessenen Wärmeausdehnungskoeffizienten sind in Tabelle I wiedergegeben. Werte in Klammern sind auf eine konstante Nickelzusammensetzung von 36,2 % korrigierte Werte, interpoliert aus einem Diagramm der Änderung des Wärmeausdehnungskoeffizienten als Funktion des Nickelgehalts·
Tabelle I
Legierung von
Beispiel 2
Beispiel 1
Beispiel 2
Beispiel 1
Bedingung
geglüht bei 7600C (0)/
30 min
geglüht bei 76O°C (HOO0F)/ 30 min
50 % kalt bearbeitet
50 % kalt bearbeitet
Wärmeausdehnungskoeffizienten
(ppm/°C)
30/100 30/150 30/260 30/371
0,91 1,45 3,81 7,08 (0,92) (1,44) (3,52) (6,68)
0,75 1,20 3,29 (0,75) (1,20) (3,30)
0,52
0l44
0.09
(0,10)
(1,30) (3,73)
1,16
(1,17)
3,93Λ (3,97)
6,62 (6,63)
,7,13% (6,73)
6,95λ (6,99)
Beispiel 4
Nach den Arbeitsweisen des Beispiels 1 wurde eine legierung ohne Magnesiumoxidzusatz unter Verwendung von Carbonyl-Nickelpulver, INCO Typ 123 (4926,0 g), Eisenpulver (A.0. Smith, 8812,0 g, durch. 105 um bzw. HO mesh), Methocel (54,42 g, durch 178 um bzw. 80 mesh) und 80 (YoI·-)# Wasser - 20 (YoI·-)# Glyzerin (27,22 cm^) hergestellt. Elementaranalyse: Ni 35,68 %, Mn. 0,11 %, Mg 0,00 %, Si 0,012 %, C 0,0034 %, Rest Fe.
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Beispiel 5
Nach den Arbeitsweisen des Beispiels 1 wurde eine Legierung ohne Magnesiumoxidzusatz unter Verwendung von Carbonyl-Nickelpulver, INCO Typ 123 (4926,0 g)t Eisenpulver, Quebec Metal Powders Atomet (8707,95 g, durch 105 um bzw. 140 mesh), Methocel (54,42 g, durch 178 um bzw. 80 mesh) und 80 (Vol.-)% Wasser - 20 (Vol.-)% Glyzerin (27,22 cm5) hergestellt. Elementaranalyse: Ni 36,13 %, Mn 0,06 %, Mg 0,00 %, Si 0,049 %, G 0,0036 %, Rest Je.
Beispiel 6
Die legierung des Beispiels 5 mit zusätzlich darin dispergierten 0,049 % Magnesiumoxid wurde nach der Arbeitsweise des Beispiels 5 hergestellt und in_dem Magnesiumacetat (40,82 g, durch 148 um bzw. 100 mesh) dem Gemisch zugesetzt wurde. Elementaranalyse: Ni 36,39 %, Mn 0,06 %, Mg 0,03 %, Si 0,049 % C O,OO91?6, Rest Ee.
Beispiel 7
Die Legierung des Beispiels 5 mit darin zusätzlich dispergierten 0,082 % Magnesiumoxid wurde nach der Arbeitsweise des Beispiels 5 und unter Zusatz von Magnesiumacetat (68,04 g, durch 148 um bzw. 100 mesh) zu dem Gemisch hergestellt. Elementaranalyse: Ni 36,17 %, Mn 0,06 %, Mg 0,05 %, Si 0,049 %9 C 0,0096%, Rest Pe. '"■'
Beispiel 8
Die Legierung des Beispiels 5 mit zusätzlich darin dispergierten 0,328 % Magnesiumoxid wurde nach der Arbeitsweise des Beispiels 5 und unter Zusatz von Magnesiumacetat (68,04 g, durch 148 um bzw. 100 mesh) und Magnesiumoxid (34,02 g, durch 74 um bzw. 200 mesh) zu dem Gemisch hergestellt. Elementaranalyse: Ni 36,28 %, Mn 0,06 %, Mg 0,20 %, Si 0,049 %, C 0,0030 %, Rest Pe.
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Beispiel 9
Die Wärmeausdehnungskoeffizienten der in den Beispielen 4 Ms 8 hergestellten legierungen wurden unter Verwendung eines Theta-Differentialdilatometers und von NBS-Borsilikat als Standard gemessen. Alle Messungen erfolgten an 50 % kaltbearbeiteten Streifenproben. Die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle II wiedergegeben.
Tabelle II (?:JT) gskoeffizienten
/°C) ,
30/260 30/371		 ,7,53N
(7,14)
legierung
von Bei
spiel		 Wärmeausdehnun
/ppm
30/100 30/150		 1,22
(1,18)		 4,68
(3,84)		 ,7,03
(6,85)
4 0,44
(0,34)		 0,78 ,4,01
(3,91)		 6,67
VJl 0,21
(0,19)		 0,92
(0^0)		 (3ls5) 6,08
(6,04)
6 -0,15
(-0,13)		 0,96
(1 00)		 3,24x
(3,19)		 5,99x
(6,07)
7 -0,03
(-0,04)		 3,36
(3,46)
8 0,25
(O 26)
Werte in Klammern sind auf einen konstanten Nickelgehalt von 36,2 % korrigiert.
Beispiel 10
Ein zweilagiger Thermostat-Verbund wird durch Walzverbinden eines Streifens einer legierung des Beispiels 1 mit einer Dicke von 2,54 mm (0,10 Zoll) mit einer Fläche eines Messingstreifens (62 %Quf 38 %Zn) einer Dicke von 2,54 mm (0,10 Zoll) hergestellt.
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Beispiel 11
Ein dreilagiger Thermostat-Verbund wird durch Walzverbinden eines 2,54 mm (0,10 Zoll) dicken Streifens der Legierung des Beispiels 1 mit einem ersten Streifen reinen Nickels einer Dicke von 0,76 mm (0,03 Zoll) und Verbinden der zweiten Fläche des Nickelstreifens mit einer 2,54 mm (0,10 Zoll) dicken Streifen einer Legierung der Zusammensetzung 25 % Ni, 8,5 % Cr, Rest Eisen, hergestellt.
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Claims (7)

P.C. 6058 Patentansprüche
1. Niekel-Eisen-legierung mit als unlösliche Phase gleichförmig darin dispergierten 0,015 Ms 0,60 Gewichtsprozent Magnesiumoxid, enthaltend 34,5 bis 37,5 Gewichtsprozent Nikkei, weniger als 0,03 Gewichtsprozent Kohlenstoff und weniger als 0,15 Gewichtsprozent Mangan.
2. legierung nach Anspruch 1 mit zwischen 0,02 und 0,10 Gewichtsprozent Magnesiumoxid.
3· legierung nach Anspruch 2 mit zwischen etwa 36,0 und 36,8
Gewichtsprozent Nickel.
4. Verfahren zur Herstellung der Legierung gemäß einem der
vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein
Gemisch aus Eisen- und Nickelpulvern in Mengen, die das gewünschte ie:Ni-Verhältnis ergeben, mit einer Quelle von etwa 0,015 bis 0,6 Gewichtsprozent Magnesiumoxid zusammengemischt, das Gemisch zur Bildung einer zusammenhängenden
Form verdichtet und das verdichtete Gemisch in einer reduzierenden Atmosphäre "bei einer Temperatur zwischen etwa
1038 und 13160C (etwa 1900 und 24000I1) bis zum praktisch
vollständigen legieren des Nickels und Eisens erhitzt wird,
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5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß durch Kaltwalzen zu einem Streifen mit einer Dichte von etwa 75-85 % des theoretischen Maximums verdichtet wird.
6. Verwendung der legierung gemäß einem der Ansprüche 1 "bis 3 in einem Thermo st at-Verbund in Streifenform mit einer ersten Schicht der Legierung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, mit einer Fläche gebunden an eine zweite Schicht aus Metall oder Legierung mit einem größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten als dem der ersten Schicht.
7. Verwendung der Legierung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3 in einem Ehermostat-Verbund in Streifenform mit einer ersten Schicht der Legierung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3» mit einer Fläche gebunden an eine Zwischenschicht aus einem Metall oder einer Legierung mit einem größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten als dem der ersten Schicht und einer dritten Schicht eines Metalls mit einem größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten als dem der Zwischenschicht, gebunden an die andere Fläche der Zwischenschicht.
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DE2919798A 1978-05-16 1979-05-16 Nickel-Eisen-Werkstoff mit geringer Wärmeausdehnung Verfahren zu seiner Herstellung und seine Verwendung Expired DE2919798C2 (de)

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SE8404958D0 (sv) 1984-10-03
SE8404958L (sv) 1984-10-03
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BR7903019A (pt) 1979-12-04
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