DE3239206C2

DE3239206C2 -

Info

Publication number: DE3239206C2
Application number: DE3239206A
Authority: DE
Inventors: Masayuki Takamura; Kazuo Hamamatsu Shizuoka Jp Kurahashi
Original assignee: Nippon Gakki Co Ltd
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 1981-10-23
Filing date: 1982-10-22
Publication date: 1988-01-21
Also published as: US4450210A; JPS5871350A; JPS6140294B2; DE3239206A1

Description

Die Erfindung betrifft eine plattierte Materialkombination gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine plattierte Materialkombination, nachfolgend als Plattierungsmaterial bezeichnet, vom Ni-Ti-Typ ist in der Regel aus einem Metallkern auf Ni-Basis und einem Metallüberzug oder einer Metallhülle auf Ni-Basis aufgebaut. Das Ti-Basismaterial hat in der Regel ein geringes Gewicht, eine ausgezeichnete mechanische Festigkeit und gute Bearbeitbarkeit, während das Ni-Basismaterial sich ausgezeichnet eignet zum Löten (Hartlöten) und zum Plattieren unter Erzielung eines schönen Oberflächenglanzes. Dank der Kombination dieser Vorteile der Komponentenmetalle hat man angenommen, daß sich Plattierungsmaterialien vom Ni-Ti-Typ gut eignen für die Herstellung von Brillengestellen, Uhrenbändern und anderen dekorativen Accessoires. In der Praxis sind jedoch bei der Verwendung des Plattierungsmaterials vom Ni-Ti-Typ für diese Zwecke verschiedene Probleme aufgetreten.

Einmal muß das Material für die vorgenannten Verwendungszwecke nach dem Glühen einer plastischen Verformung, beispielsweise durch Walzen und Ziehen, einer mechanischen Bearbeitung, beispielsweise durch Schleifen, Löten (Hartlöten) und Plattieren, unterworfen werden.

Für diese Bearbeitungen weisen jedoch die Ni-Cr-Legierungen, die für die Metallhülle auf Ni-Basis verwendet werden, in der Regel eine schlechte plastische Verformbarkeit auf. Um nun die Plattierung mit dem Metallkern auf Ti-Basis und die nachfolgende plastische Verformung bzw. Bearbeitung zu ermöglichen, müssen die Ni-Cr-Legierungen bei Temperaturen von 600°C oder höher geglüht werden. Beim Erhitzen auf derart hohe Temperaturen entstehen an der Grenze zwischen Kern und der Hülle intermetallische Verbindungen, wie z. B. Ti₂Ni, TiNi und TiNi₃, die zu einer Trennung zwischen den beiden Komponenten und zu einer Verringerung der Lötfestigkeit führen.

Ferner ermöglicht die alleinige Verwendung von Ni für die Hülle ein Glühen bei verhältnismäßig tiefen Temperaturen, wodurch mit Erfolg das vorstehend beschriebene Problem der Bildung einer intermetallischen Verbindung vermieden werden kann. Die zu weiche und duktile Natur des Ni führt jedoch zu einer bevorzugten Streckung der Ni-Hülle, verglichen mit dem Verhalten des Ti-Kerns während der plastischen Verformung, insbesondere beim Ziehen, wodurch eine Störung des Plattierungsverhältnisses und/oder ein Festfressen an den Ziehdüsen hervorgerufen wird. Außerdem verhindert beim Auswalzen von quadratischen Stäben die leichte Streckung der Ni-Hülle eine korrekte Produktion der gewünschten quadratischen Stäbe oder erfordert zumindest eine schwierige und komplizierte Kontrolle der Walzbedingungen.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es daher, die vorstehend genannten, den konventionellen Plattierungsmaterialien vom Ni-Ti-Typ eigenen Nachteile zu beseitigen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichungen näher erläutert. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Brillengestells, für das die erfindungsgemäße plattierte Materialkombination mit Vorteil verwendet werden kann;

Fig. 2 ein Diagramm, das die Abweichung der Härte nach der Bearbeitung von Legierungen auf Ni-Basis für eine Hülle, die außerhalb des Rahmens der vorliegenden Erfindung liegt, gegenüber dem Ti für den Kern, zeigt;

Fig. 3 ein Diagramm, das die Abweichung der Härte nach dem Glühen von Legierungen auf Ni-Basis für eine Hülle, die außerhalb des Rahmens der vorliegenden Erfindung liegt, gegenüber dem Ti für den Kern, zeigt;

Fig. 4 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Verformungsrate und der Härte nach der Verformung verschiedener Materialien, die gemäß einem Beispiel der Erfindung hergestellt worden sind, zeigt; und

Fig. 5 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Glühtemperatur und der Härte nach dem Glühen für verschiedene Materialien, die nach dem vorstehend beschriebenen Beispiel der Erfindung hergestellt worden sind, zeigt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand bevorzugter Ausführungsformen näher erläutert.

Für die Hülle oder den Überzug der erfindungsgemäß plattierten Materialkombination, die nachstehend als Plattierungsmaterial bezeichnet wird, werden nicht nur reines Ti, sondern auch Legierungen, die Ti als Hauptkomponente enthalten, verwendet. Derartige Legierungen auf Ti-Basis enthalten Ti zusammen mit einem oder mehreren der Metalle Al, V, Mn, Fe, Cu, Mo, Cr und W. Vorzugsweise sollte der Ti-Gehalt in der Legierung 90 Gew.-% oder mehr betragen. Wenn der Ti-Gehalt unter 90 Gew.-% liegt, ist keine ausreichende plastische Verformbarkeit bzw. Bearbeitbarkeit zu erwarten und seine Eigenschaften als Leichtmetall gehen, je nach Art der anderen zugesetzen Komponente, verloren.

Die Legierung auf Ni-Basis für die Hülle enthält 0,5 bis 20 Gew.-% Cu und 0,1 bis 5 Gew.-% Cr. Eine typische bevorzugte Legierung auf Ni-Basis enthält 85 bis 98 Gew.-% Ni, 0,8 bis 10 Gew.-% Cu und 0,1 bis 5 Gew.-% Cr.

Durch Zusatz von Cu kann der Legierung auf Ni-Basis eine plastische Verformbarkeit bzw. Verarbeitbarkeit verliehen werden, die in etwa gleich derjenigen der Legierung auf Ti-Basis für den Kern ist, selbst wenn das Glühen bei Temperaturen unter 600°C durchgeführt wird, ohne Bildung der unerwünschten intermetallischen Verbindung. Wenn der Cu-Gehalt unter 0,5 Gew.-% liegt, ist keine merkliche Verbesserung der plastischen Verformbarkeit bzw. Bearbeitbarkeit zu erwarten. Bei einem Cu-Gehalt von mehr als 20 Gew.-% tritt neben der geringen Beständigkeit gegen Korrosion eine schlechte Verformbarkeit auf. Der Cu-Gehalt sollte insbesondere innerhalb des Bereiches von 1 bis 10 Gew.-% liegen.

Durch Zugabe von Cr werden die Härte, die Elastizität und die Beständigkeit gegen Korrosion der Legierung auf Ni-Basis für die Hülle verbessert, so daß ihre Bearbeitungseigenschaften sich denjenigen des Kerns auf Ti-Basis nähern. Der Cr-Gehalt liegt innerhalb eines Bereiches von 0,1 bis 5 Gew.-%, vorzugsweise von 0,5 bis 3 Gew.-%. Es ist kein signifikanter Effekt zu beobachten, wenn der Cr-Gehalt unter 0,1 Gew.-% liegt. Bei einem Cr-Gehalt über 5 Gew.-% tritt ein entsprechender Anstieg der Glühtemperatur auf, der zur Bildung von unerwünschten intermetallischen Verbindungen führt.

Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Plattierungsmaterials vom Ni-Ti-Typ sind verschiedene bekannte Verfahren anwendbar. Bei einem Verfahren wird eine Legierungsplattierung auf Ti-Basis sandwichartig zwischen einem Paar Legierungsplatten auf Ni-Basis eingeschlossen und die Kombination wird warmgewalzt. Insbesondere zur Herstellung eines Plattierungsmaterials vom Ni-Ti-Typ, das für Brillengläser verwendet werden soll, wird ein zylindrischer Körper aus einem Metallkern auf Ti-Basis und einer Metallhülle auf Ni-Basis warmextrudiert, warmgezogen oder warmgewalzt. Dieses Verfahren ist auch anwendbar, um ein geglühtes Material warm oder kalt zu extrudieren, zu ziehen oder zu walzen.

Das Glühen (Tempern) wird in einer Atmosphäre aus einem nicht-oxidierbaren Gas, wie Ar, N₂ oder H₂, bei einer Temperatur innerhalb des Bereiches von 480 bis 560°C 10 bis 20 Minuten lang durchgeführt. Nach dem Glühen (Tempern) wird das Material weiteren Bearbeitungen unterworfen, beispielsweise einer plastischen Verformung, einer mechanischen Bearbeitung, einem Löten und Plattieren.

Brillengläser sind ein typisches Beispiel, für welches das erfindungsgemäße Plattierungsmaterial vom Ni-Ti-Typ höchst vorteilhaft verwendet werden kann. Ein Beispiel für ein solches Brillengestell ist in der Fig. 1 gezeigt, in der das Brillengestell aus einem Paar Rahmen 1 besteht, von denen jeder eine Linse festhält, einer die Rahmen 1 verbindende Brücke 2, einem Paar Bügel 3, die sich von den damit verbundenen Rahmen 1 nach hinten erstrecken, und Auflageplättchen 4, die an den Außenkanten der Rahmen 1 befestigt sind.

Zuerst wird ein stabförmiges oder hohles zylindrisches Plattierungsmaterial in einer nicht-oxidierenden Gasatmosphäre erhitzt, um es zu glühen. Zum lokalen Erhitzen wird zweckmäßig Hochfrequenzinduktionserhitzen angewendet. Dann wird das geglühte Plattierungsmaterial zur Herstellung eines Plattierungsdrahtmaterials kalt- oder warmgezogen oder extrudiert. Der Wärmprozeß wird in der Regel bei einer Temperatur innerhalb des Bereiches von 450 bis 500°C durchgeführt. Durch geeignete Veränderung der Gestalt der Düse (Form) oder durch Walzen oder Stauchen können Plattierungsmaterialien mit verschiedenen spezifischen Querschnittsprofilen hergestellt werden.

Das auf diese Weise erhaltene Plattierungsmaterial wird dann in der erforderlichen Weise gebogen und/oder geschliffen, um die vorgenannten Teile eines Brillengestells zu formen. Diese Teile werden schließlich durch Verlöten miteinander vereinigt oder mittels Gelenkverbindungen aneinander befestigt. Um dem Brillengestell ein luxuriöses Aussehen zu verleihen, kann außerdem eine Edelmetallplattierung aufgebracht werden.

Erfindungsgemäß wird ein Metallkern auf Ti-Basis mit einer Metallhülle auf Ni-Basis einer spezifischen Zusammensetzung kombiniert, um die Glüheigenschaften und die plastische Verformbarkeit (Bearbeitbarkeit) beider Materialien gut aufeinander abzustimmen. Das dabei erhaltene Plattierungsmaterial dient als Leichtmetall, das ausgezeichnete mechanische Eigenschaften und eine hohe Korrosionsbeständigkeit aufweist.

Die in den Fig. 2 und 3 der beiliegenden Zeichnungen angegebenen experimentellen Daten rechtfertigen die vorstehenden Ausführungen. Zur Erläuterung sind zwei Arten von Metallhüllen auf Ni-Basis, die außerhalb des Rahmens der vorliegenden Erfindung liegen, im Vergleich zu einem Metallkern auf Ti-Basis in bezug auf ihre Härte nach der Verformung bzw. Bearbeitung und nach dem Glühen dargestellt. Die Kurve (x-x) steht für eine Metallhülle auf Ni-Basis mit übermäßig hohem Cr-Gehalt, in der 86 Gew.-% Ni mit 4 Gew.-% Cu und 10 Gew.-% Cr kombiniert sind. Die Kurve (.-.) steht für eine Ti-Metallhülle. Die Kurve (o-o) steht für eine Metallhülle auf Ni-Basis mit einem übermäßig hohen Cu-Gehalt, in der 71 Gew.-% Ni mit 25 Gew.-% Cu und 4 Gew.-% Cr kombiniert sind. Aus diesen Daten ist eindeutig zu entnehmen, daß ein übermäßiger Gehalt an den zusätzlichen Komponenten zu einer deutlichen Abweichung der mechanischen Eigenschaften der resultierenden Metallhülle auf Ni-Basis von derjenigen des Metallkerns auf Ti-Basis führt und daß diese Abweichung natürlich eine schlechte Koordination zwischen den das Plattierungsmaterial vom Ni-Ti-Typ aufbauenden beiden Komponenten mit sich bringt.

Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein.

Beispiel 1

Zum Vergleich wurden reines Ti, reines Ni, eine erfindungsgemäße Legierung auf Ni-Basis für die Hülle (95 Ni-4Cu- 1Cr) und eine typische konventionelle Legierung auf Ni-Basis (90 Ni - 10 Cr) verwendet. Aus diesen Materialien wurden Stäbe mit einer Länge von 1000 mm und einem Durchmesser von 20 mm hergestellt und eine Stunde lang in einer Ar-Atmosphäre bei 500°C geglüht. Nach dem Glühen wurden die Stäbe um 10 bis 80% gezogen. Der Prozentsatz der Verformung ist gegeben durch (S₀-S₁)/S₀ × 100, wobei S₀ die Querschnittsoberflächengröße vor dem Ziehen und S₁ die Querschnittsoberflächengröße nach dem Ziehen darstellen.

Die Vickers-Härte des Stabes aus jedem Material nach dem Ziehen ist in der Fig. 4 in Abhängigkeit von variierenden Verformungsraten im Vergleich zu derjenigen nach dem Glühen angegeben.

Nach dem Ziehen wurde jeder Stab mit einer 80%igen Verformung in einer Ar-Atmosphäre eine Stunde lang einem weiteren Glühen bei 400 bis 600°C unterworfen. Die Vickers-Härte jedes Stabes nach dem Glühen ist in der Fig. 5 bei verschiedenen Glühtemperaturen im Vergleich zu derjenigen nach dem Ziehen angegeben.

Die in den Zeichnungen dargestellten Ergebnisse zeigen eindeutig, daß die erfindungsgemäße Ni-Cu-Cr-Legierung für die Hülle Verformungs- bzw. Bearbeitungs- und Glüheigenschaften aufweist, die denjenigen von Ti für den Kern sehr nahe kommen.

Beispiel 2

Ein Stab aus reinem Ti (Kern) mit einem Durchmesser von 50 mm und einer Länge von 1000 mm wurde auf der äußeren Oberfläche geschliffen und in die geschliffene axiale Bohrung eines Rohres aus der Legierung 95 Ni-4 Cu-1 Cr (Hülle) mit einem äußeren Durchmesser von 55,5 mm, einer Dicke von 2,7 mm und einer Länge von 1000 mm eingeführt. Auf der inneren Oberfläche wurde ein Eisenrohr mit einem äußeren Durchmesser von 70,5 mm und einer Dicke von 7,3 mm mit Aluminiumoxid-Pulver beschichtet, um die Trennung zu erleichtern, und auf das vorstehend beschriebene, den Ti-Stab umgebende Legierungsrohr aufgeschoben. Die Kombination wurde mit einer Düse mit einem Innendurchmesser von 70,0 mm gezogen. Das Glühen bei 500°C für 1 Stunde und das Drahtziehen wurden abwechselnd 10mal wiederholt, wobei ein Plattierungsdrahtmaterial mit einem Außendurchmesser von 2,6 mm erhalten wurde. Das Umhüllungsverhältnis der Querschnittsfläche betrug 20%.

Das gleiche Verfahren wurde durchgeführt unter Verwendung von reinem Ni und einer Legierung 90 Ni-10 Cr und es wurden drei Typen von Plattierungsmaterialien erhalten.

Jedes Plattierungsmaterial wurde eine Stunde lang bei 500°C geglüht, unter Verwendung von Spindelöl zum Schmieren bis auf einen Außendurchmesser von 2,0 mm ausgezogen und dann bis auf einen Außendurchmesser von 1,5 mm kalt geschmiedet.

Das Ausmaß des Festfressens der Plattierungsmaterialien beim Drahtziehen und das Ausmaß der Dickenabweichung wurden bestimmt und sind in der nachfolgenden Tabelle I angegeben.

Tabelle I

Durch Pressen wurde jedes Plattierungsdrahtmaterial mit einem Durchmesser von 1,5 mm zu einem flachen, 0,7 mm dicken und 3,2 mm breiten Band verformt. Ein Ende des Bandes wurde fixiert und an einem Punkt in einem Abstand von 100 mm von dem fixierten Ende wurde eine Belastung aufgelegt, bis sich das Band über 50° bog. Nach der Wegnahme der Belastung wurde der Durchbiegungswinkel R gemessen, um seinen Federwert, wie nachstehend angegeben, daraus zu errechnen, wobei die in der folgenden Tabelle II angegebenen Ergebnisse erhalten wurden:

Federwert = (50 - R)/50 × 100

Tabelle II

Claims

1. Plattierte Materialkombination aus einem Metallkern auf Ti-Basis und einem den Metallkern auf Ti-Basis plattierenden Materialüberzug auf Ni-Basis, wobei der Materialüberzug auf Ni-Basis Cr enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallkern auf Ti-Basis mindestens 90 Gew.-% Ti enthält und daß der Metallüberzug auf Ni-Basis 75 bis 98 Gew.-% Ni, 0,5 bis 20 Gew.-% Cu und 0,1 bis 5 Gew.-% Cr enthält.

2. Plattierte Materialkombination nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallkern auf Ti-Basis außerdem mindestens eine Komponente aus der Gruppe Al, V, Mn, Fe, Cu, Mo, Cr und W enthält.

3. Plattierte Materialkombination nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallüberzug auf Ni-Basis 85 bis 98 Gew.-% Ni, 0,8 bis 10 Gew.-% Cu und 0,1 bis 5 Gew.-% Cr enthält.