DE3017044C2

DE3017044C2 - Thermobimetall mit hoher Anwendungsgrenze sowie Herstellungsverfahren hierzu

Info

Publication number: DE3017044C2
Application number: DE3017044A
Authority: DE
Inventors: Heinz Dr.rer.nat. 7530 Pforzheim Spengler
Original assignee: G Rau & Co 7530 Pforzheim De GmbH
Current assignee: G Rau & Co 7530 Pforzheim De GmbH
Priority date: 1980-05-03
Filing date: 1980-05-03
Publication date: 1983-08-18
Also published as: GB2075189A; US4383004A; DE3017044A1; GB2075189B; FR2481837A1; FR2481837B1

Description

Die Erfindung betrifft ein walzplattiertes, warnigehärtetes Thermobimetall mit hoher Anwendungsgrenze, bei dem mindestens eine metallische Komponente hoher Wiirmeausdchnung mit mindestens einer metallischen Komponente geringer Wärmcaiisclehnung verbunden ist. welche uns einer warmausgehiirtctcn Eisen-Nickel-Than-Legierung mit 26 bis 55% Nickel, 1—5% freiem Titan, 0—16% Kobalt, Rest Eisen einschließlich schmelzbedingter Verunreinigungen besteht- Außerdem wird ein Verfahren zur Herstellung eines The-fmobimetallformteils aus einem solchen Thermobimetall angegeben.

In der DE-AS 26 13 954 ist ein Thermobimetall mit hoher Anwendungsgrenze beschrieben, welches eine besonders gute spezifische, thermische Ausbiegung von

ίο 8—12 · 10~⁶/K aufweist, und dabei bei gegebenem Kaltwalzgrad der End verformung die Einstellung der Anwendungsgrenze durch Aushärtung bei einer die Anwendungsgrenze bestimmende Temperatur ermöglicht Die Komponente geringer Wärmeausdehnung besteht aus einer warmaushärtbaren Eisen-Nickel-Titan-Legierung mit 26 bis 55% Nickel, 0—5% freiem Titan, 0—16% Kobalt, Rest einschließlich schmelzbedingter Verunreinigungen. Die Warmaushärtung erfolgt je nach Kaltzwalzgrad zwischen 550 und 750⁰C.

nie Erfindung geht von der Aufgabenstellung aus. die günstigen Eigenschaften des in der DE-AS 26 13 954 beschriebenen Thermobimetalls weiter zu verbessern und eine hohe spezifische, thermische Ausbiegung mit einer hohen und gegebenenfalls im Fertigungsprozeß einstellbaren Anwendungsgrenze und zusätzlich mit hoher Festigkeit zu vereinigen. Die Lösung dieser Aufgabenstellung erfolgt dadurch, daß als Komponente hoher Wärmeausdehnung eine warmaushärtbare Eisen-Nickel-Mangan-Titan-Legierung mit 14—26% Nickel, 3—10% Mangan, 1—5% freiem Titan, Rest Eisen einschließlich schmelzbedingter Verunreinigungen vorgesehen ist, wobei das Thermobimetall nach Walzplattieren, Kaltwalzen mit 20 bis 75% Kaltverformungsgrad warm ausgehärtet ist.

Ein Thermobimetall mit den angegebenen Komponenten weist eine spezifische, thermische Ausbiegung von 12—15 ■ IO-⁶/K auf. Dabei wird eine, durch Warmaushärtung der Komponenten zwischen 600 und 700⁰C gut einstellbare Anwendungsgrenze erreicht.

Wesentlich ist vor aliem. daß das Thermobimetall bei diesen Temperaturgrenzen noch eine gute Festigkeit besitzt.

Eine günstige Zusammensetzung kann derart gewählt werden, daß die Komponente geringer Wärmeausdehnung eine warmausgehärtete Eisen-Nickel-Titan-Legierung mit 30—55% Nickel. 1 —5% freiem Titan. Rest Eisen einschließlich schmelzbedingter Verunreinigungen ist.

Eine andere, gegebenenfalls zweckmäßige Ausbiiso dung kann vorsehen, daß die Komponente geringer Wärmeausdehnung eine warmausgehärtete Eisen-Nikkel-Kobalt-Titan-Legierung mit 26-39% Nickel. 3-16% Kobalt. 1-5% freiem Titan. Rest Eisen einschließlich schmelzbedingter Verunreinigungen ist.

Es kann außerdem gegebenenfalls zweckmäßig sein, daß der Titananteil wenigstens in einer der metallischen Komponenten mindestens teilweise durch einen Aluminiumanteil ersetzt ist.
Eine günstige Zusammensetzung kann derart aufgebaut sein, daß die Komponente hoher Wärmeausdehnung eine warmausgehäriete Eisen-Nickcl-Mangan-Titan-Legierung mit 14% Nickel. 9% Mangan und 2°/o | freiem Titan. Rest Eisen und die Komponente geringer $ Wärmcaiisdehnung eine warmausgehärtete Eiscn-Nik- J»

kel-Kobalt-Titan-Legicrung mil 34% Nickel. 6% Ko § bait. 1.5% freiem Titan, maximal 0.03% Kohlenstoff. i{

Rest Eisen isl. ΐ*

Eine andere, gegebenenfalls /weckmäßige Aiisbil- '

dung läßt sich in der Weise erreichen, daß die Komponente hoher Wärmeausdehnung eine warmausgehärtete Eisen-Nickel-Mangan-Titan-Legierung mit 14% Nickel, 9% Mangan und 2% freiem Titan, Rest Eisen und die Komponente mit geringer Wärmeausdehnung eine warmausgehärtete Eisen-Nickel-Kobalt-Titan-Legierung mit 32^% Nickel, 14,5% Kobalt, 1,6% freiem Titan, maximal 0,03% Kohlenstoff, Rest Eisen ist. Ein zweckmäßiges Herstellungsverfahren kann dadurch erreicht werden, daß das Walzplattieren in an sich ^!0 bekannter Weise und das Kaltwalzen bis zur üblichen Endverformung von 20 bis 30% Kahzwalzgrad durchgeführt und die Alterung und Warmaushärtung innerhalb von 2—30 Stunden in einem Temperaturbereich von 600 bis 700°C ausgeführt werden. is

Das Herstellungsverfahren kann ferner in der Weise ausgeführt werden, daß aus den Komponenten durch Walzplattieren und anschließendes Kaltwalzen n»it Zwischenglühungcn bei 800—1200°C ein Halbzeug mit der für Thermobiiiietalle üblichen Endverformung von -° 20—30% Kaltwalzgrad hergestellt wird. Die Zwischenglühungen bei der Herstellung von Thermobimetalltei-Ien sind eine übliche Verfahrensmaßnahme, die u. a. im Archiv für technisches Messen, Heft 11, 197Z Seite 217 beschrieben ist.

Aus diesem Halbzeug, welches eine gute Kaltbildsamkeit aufweist, lassen sich Thermobimetallformteile als Streifen, Scheiben oder in sonstiger, dem Anwendungsbereich entsprechender Formgestaltung herstellen. Diese werden erst ip. einbaufertigem Zustand hinsieht- *> lieh ihrer hohen Festigkeit und Anwendungsgrenze dadurch eingestellt, daß die üblLne Alterung des Thermobimetalls vor dem Einbau mit der Warmaushärtung der Komponenten gekoppelt v_,rd. Durch die Alterung vor dem Einbau wird eine Vorwegnahme der temperaturproportionalen Formänderungen erreicht.

Bei der erfindungsgemäßen Zusammensetzung des Thermobimetalls und bei üblicher Kaltverformung kann im allgemeinen bereits innerhalb von 2 bis 3 Stunden bei Temperaturen von 600 bis 700°C eine ausreichende Warmaushärtung der Komponenten erzielt werden. Sofern der Kaltwalzgrad nach der Endverformung des Halbzeugs auf 50—75% gesteigert werden kann, wie dies für die Herstellung flacher Stanzteile aus Thermobimetall möglich ist, ergibt sich bereits bei einer Alterung bzw. Warmaushärtung von einer Stunde bei Temperaturen von 550 bis 650° C eine ausreichende Warmaushärtung. In jedem Falle wird in diesem Temperaturbereich unterhalb 10 Stunden eine genügende Warmaushärtung erzielt.

Ausführungsbeispiel

Ein Thermobimetall nach der Erfindung mit einer Komponente hoher Wärmeausdehnung aus einer Eisen-Nickel-Mangan-Titan-Legierungmit 14% Nickel, 9% Mangan, 2% freiem Titan, Rest Eisen und einer Komponente geringer Wärmeausdehnung aus einer Eisen-Nickel-Kobalt-Titan-Legierung mit 34% Nickel, 6% Kobalt, 1,5% freiem Titan, Rest Eiser und herstellungsbedingte Verunreinigungen im Schichtdikkenverhältnis von 1 :1 der Komponenten weist als Halbzeug mit 20 bis 65% Kaltwalzgrad eine spezifische, thermische Ausbiegung von 13,8 · 10~⁶/K, einen spezifischen elektrischen Widerstand von 0,78 μΩ · m, eine Zugfestigkeit von 750 bis 900 N/mm², eine Streckgrenze von 700 bis 850 N/mm², eine Bruchdehnung von 20 bis 5% und eine zulässige Biegespannung von 200 bis 300 N/mm² bei 20° C i.if. Durch Alterung/Aushärtung von 1 bis 20 Stunden bei 600 bis 650° C nimmt die spezifische, thermische Ausbiegung auf 14,3— 14,5 · 10-VK zu. Die nach Alterung/Aushärtung bei 20°C bestimmte Zugfestigkeit beträgt 1000 bis 1200 N/ mm², die Streckgrenze 900 bis 1180 N/mm², die Bruchdehnung 2 bis 5% und die zulässige Biegespannung 450 bis 600 N/mm². Die zulässige Biegespannung nimmt bei 300°C auf etwa 350 N/mm², bei 500°C auf etwa 200 N/mm², bei 600° C auf etwa 100 N/mm² und bei 700° C auf etwa 50 N/mm² ab. Zur Einstellung einer stabilen Anwendungsgrenze von = 600°C erfolgt die Alterung und Aushärtung einbaiifertig/T Thermobimetalle mindestens 2 bis 3 Stunden bei 600°C und für eine Anwendungsgrenze von = 700°C mindestens 2 bis 3 Stunden bei 650⁵C.

Claims

Patentansprüche:

1. Thermobimetall mit hoher Anwendungsgrenze zwischen 600 und 700° C, bei dem mindestens eine warmausgehärtete metallische Komponente hoher Wärmeausdehnung mit mindestens einer metallischen Komponente geringer Wärmeausdehnung walzplattiert und durch Kaltwalzen mit einer Endverformung von 20 bis 75% Kaltwalzgrad gemeinsam verformt ist, wobei die Komponente geringer Wärmeausdehnung aus einer warmausgehärteten Eisen-Nickel-Titan-Legierung mit 26 bis 55% Nickel, 1 bis 5% freiem Titan, bis zu 16% Kobalt, Rest Eisen einschließlich schmelzbedingter Verunreinigungen besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente hoher Wärmeausdehnung eine bei der Aushärtungstemperatur der Komponente geringer Wärmeausdehnung warmausgehärtete Eisen-Nickel-Mangan-Titan-Legierung mit !4 bis 26% Nickel. 3 bis 10% Mangan, 1 bis 5% freiem Titan, Rest Eisen einschließlich schmelzbedingter Verunreinigungen ist.

2. Thermobimetall nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Titananteil wenigstens in einer der metallischen Komponenten mindestens teilweise durch einen Aluminiumanteil ersetzt ist.

3. Thermobimetall nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente geringer Wärmeausdehnung eine warmausgehärtete Eisen-Nickel-Kobalt-Titan-Legierung mit 34% Nickel. 6% Kobalt. 13% freiem Titan, maximal 0.03% Kohlenstoff. Rest Eisen und die Komponente hoher Wärmeausdehnung eine warmausgehärtete Eisen-Nickel-Mangan-Titan-Legierung mit 14% Nickel. 9% Mangan und 2% freiem Titan, Rest Eisen ist.

4. Thermobimetall nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente geringer Wärmeausdehnung eine warmausgehärtete Eisen-Nickel-Kobalt-Titan-Legierung mit 323% Nickel, 14.5% Kobalt. 1.6% freiem Titan, maximal 0.03% Kohlenstoff. Rest Eisen und die Komponente hoher Wärmeausdehnung eine warmausgehärtete Eisen-Nickel-Mangan-Titan-Legierung mit 14% Nickel. 9% Mangan und 2% freiem Titan, Rest Eisen ist.

5. Verfahren zur Behandlung eines Thermobimetallformteils aus einem Thermobimetall nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Endverformung von 20 bis 30% Kaltwalzgrad, die Alterung und Warmaushärtung innerhalb von 2 bis 30 Stunden in einen Temperaturbereich von 600 bis 700⁰C ausgeführt wird.

6. Verfahren zur Behandlung eines Thermobimetallformteils aus einem Thermobimetali nach einem der Ansprüche I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Endverformung von 50 bis 75% Kaltwalzgrad die Alterung und Warmaushärtung innerhalb von I bis 10 Stunden bei Temperaturen von 550 bis 700°C ausgeführt wird.