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Legierung auf Nickelbasis für Schmuckanwendungen
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Legierung auf Nickelbasis
für Schmuckanwendungen und insbesondere bezieht sie sich auf eine Verbesserung der
Zusammensetzung einer Legierung auf Nickelbasis, die für Verzierungen auf Modeartikeln,
wie Uhren und Brillengestelle, verwendet wird.
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Ein genaues Schneiden und eine plastische Verformung sind sehr eng
mit der Herstellung derartiger Artikel verbunden und folglich ist gute Bearbeitbarkeit
des für die Herstellung dieser Artikel verwendeten Materials erforderlich. Zusätzlich
sind derartige Artikel, wie beispielsweise Brillengestelle, im allgemeinen während
ihrer Verwendung wiederholt und häufig Biege-und/oder Verdrehungskräften ausgesetzt.
Um dafür zu sorgen, daß die Artikel in ihrer ursprünglichen Form an den menschlichen
Körper, wie beispielsweise an Ausformungen des Gesichts, angepaßt bleiben, ist eine
hohe Elastizität des für die Herstellung dieser Artikel verwendeten Materials erforderlich.
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Legierungen auf Nickelbasis wurden bisher schon in großem Umfang wegen
des hohen aesthetischen Effekts von Ni auf dem Gebiet der Kunstgegenstände verwendet.
Beispielsweise enthält eine derartige Legierung auf Ni-Basis 5 bis 10 Gewichts-%
an Cr, 0,5 bis 2 Gewichts-% an Cu und einen entsprechenden wesentlichen Anteil an
Ni. Für höhere Elastizität wurde der Zusatz von Mo vorgeschlagen. Eine derartige
Legierung auf Ni-Basis enthält beispielsweise 9 bis 13 Gewichts-% an Cr, 0,5 bis
2 Gewichts-% an Cu, 0,05 bis 2 Gewichts-% an Mo und im übrigen Ni. Es wird angenommen,
daß der Zusatz von Plo eine höhere Festigkeit durch eine feste Lösung zur Folge
hat, die mit einer Steigerung der Elastizität verbunden ist. Weiterhin wurde auch
der Zusatz von Nb vorgeschlagen. Diese Art einer Legierung auf Ni-Basis enthält
beispielsweise 9 - 13 Gewichts-% an Cr, 0,5 bis 2 Gewichts-% an Cu, 0,5 bis 2 Gewichts-%
an Mo, 0,05 bis 1 Gewichts-% an Nb und im übrigen im wesentlichen Ni. Es wird angenommen,
daß der Gehalt an Nb die Verfestigung durch die feste Lösung weiter fördert. Als
ein Ersatz für diese Zusätze wurde auch der Zusatz von Be vorgeschlagen. Eine derartige
Legierung auf Ni-Basis enthält beispielsweise 9 bis 13 % an Cr, 0,01 bis 2 Gewichts-%
an Be und einen wesentlichen übrigen Anteil an Ni.
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Der Zusatz von Be wird zusätzlich zu der Verfestigung durch die feste
Lösung von einer Härtung durch Trennung begleitet, die weiterhin die Elastizität
des Produkts erhöht.
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Trotz bemerkenswert hoher Elastizität, die durch diese herkömmlichen
Legierungen auf Ni-Basis erreicht wurden, verursacht der Zusatz von Cr eine starke
Verfestigung durch die feste Lösung, welche in Verbindung mit einer bemerkenswerten
Aushärtung der Legierung während der Herstellung verbunden ist. Folglich sind all
diese herkömmlichen Legierungen auf Nickelbasis ungünstig hinsichtlich der Verarbeitbarkeit
und sie verursachen unausweichlich eine baldige Beschädigung der Schneidewerkzeuge
und der Gußformen. Somit ist eine hohe Elastizität im Gebrauch mit guter Verarbeitbarkeit
bei der Herstellung solange
nicht vereinbar, solange Legierungen
mit den herkömmlichen Zusammensetzungen verwendet wurden.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Herstellung
einer Legierung auf Nickelbasis zu ermöglichen, die eine hohe Elastizität aufweist
und die bei der Herstellung gut verarbeitbar ist und die für Schmuckanwendungen
gut verwendbar ist.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Legierung auf Nickelbasis gemäß
der vorliegenden Erfindung gekennzeichnet durch den Ausschluß von Cr verbunden mit
dem Zusatz von Al, Ti und C, mit Anteilen, wie sie im Patentanspruch 1 angegeben
sind. Insbesondere ist die erfindungsgemäße Legierung auf Nickelbasis gekennzeichnet
durch einen Anteil von 0,01 bis 1,0 Gewichts-% Al, einen Anteil von 0,1 bis 0,8
Gewichts-% an Ti, einen Anteil von höchstens 0,05 Gewichts-% an C, einen Anteil
von insgesamt höchstens 2 Gewichts-% wenigstens eines Desoxydationsmittels und durch
einen entsprechenden restlichen Anteil an Ni.
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Die Legierung gemäß der Erfindung wird im folgenden anhand von Zeichnungen
näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine Graphik zum Darstellen der Härte der erzeugten
Legierung auf Nickelbasis in Abhängigkeit vom Gehalt an Al, Ti und C, Fig. 2 eine
Graphik zur Darstellung der Härte der hergestellten Legierung auf Nickelbasis nach
dem Aushärten in Abhängigkeit vom Gehalt an Al, Ti und C; Fig. 3 eine Graphik zum
Darstellen der Plattierung der hergestellten Legierung auf Nickelbasis in Abhängigkeit
vom Gehalt an Al und Ti und
Fig. 4 eine Graphik zum Darstellen der
Aushärtung einer Al- Ti-,Cr-,Ni-Legierung in Abhängigkeit vom Gehalt an Cr.
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Im allgemeinen wird die Legierung auf Nickelbasis mit der oben angegebenen
Zusammensetzung weiterhin einer Hitzebehandlung zur Bildung von intermetallischen
Verbindungen wie Ni3Al und Ni3Ti und einem Alterungs- Aushertungsvorgana unterworfen.
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Wie oben angegeben wurde, ist die Legierung auf Nickelbasis gemäß
der vorliegenden Erfindung durch angegebene Anteile von Al, Ti und C gekennzeichnet.
Die Anwendung der oben beschriebenen Hitzebehandlung fördert die Reaktion von Al
und Ti mit Ni zur Bildung von intermetallischen Verbindungen wie Ni3Al und Ni3Ti,
wodurch die Elastizität des Produkts erhöht wird. Ein zu großer Anteil würde eine
unerwünschte Härte des Produkts bewirken und eine leichte Handhabung bei der Kaltbearbeitung
und eine weiche Lösungsbehandlung unmöglich machen. Der kombinierte Zusatz von Al
und Ti ermöglicht bis zu einem gewissen Grad eine Steuerung der Härte durch die
Hitzebehandlung. Ein großer Anteil von Al und Ti würde auf der einen Seite einen
guten Korrosionsschutz sicherstellen, aber würde auf der anderen Seite eine schöne
Plattierung unmöglich machen. Unter Berücksichtiguna dieser Punkte ist der Anteil
von Al auf den Bereich zwischen 0,01 bis 1,0 Gewichts-% und der von Ti auf 0,01
bis 0,8 Gewichts-% begrenzt.
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Die Reaktion von Kohlenstoff mit Ti bewirkt die Ausscheidung von Karbiden
und vermindert die Wirkung der Verfestigung durch die feste Lösung. Um die Aushärtung
bei der Herstellung zu unterdrücken hat der Anteil von C eine Grenze von 0,05 %.
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Die Legierung auf Nickelbasis gemäß der vorliegenden Erfindung ist
weiterhin gekennzeichnet durch den Ausschluß von Cr. Cr verstärkt die Basis durch
seine feste Lösung mit Ni und verursacht dadurch eine bedeutende Aushärtung während
der Herstellung. Weiterhin neigt Cr zu einer Kettenreaktion von Ni mit Al und Ti
und beeinträchtigt dadurch die Fähigkeit der Legierung zum Aushärten.
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Die Desoxydationsmittel, wie Mn, Mg und Si, werden zur Desoxydation
während des Gießens hinzugefügt. Gemäß der vorliegenden Erfindung werden insgesamt
2 Gewichts-% oder weniger von mindestens einem oder mehreren Desoxydierungsmitteln
hinzugefügt, in Abhängigkeit von dem Zustand des geschmolzenen Metalls beim Gießen.
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Die oben genannte Zusammensetzung der Legierung auf Nickelbasis ergibt
ein Erzeugnis mit einer vorgegebenen Elastizität beim Gebrauch verbunden mit einer
guten Verarbeitbarkeit bei der Herstellung und macht das Erzeugnis für eine Plattierung
gut geeignet. Das Brechen der Schneideinstrumente und Gießformen wird wesentlich
vermindert und das Erzeugnis ist sehr gut für Schmuckanwendungen geeignet.
| Probe Zusammensetzung Härte Probe Zusammensetzun Härte |
| No (Gew.% No (Gew.%) |
| Al Ti C Al Ti C |
| 0.09 145 0.09 152 |
| 1 0.005 0.001 0.02 120 16 0.005 0.1 0.02 130 |
| 0.09 149 0.09 161 |
| 2 0.01 0.001 0.02 131 17 0.01 0.1 0.02 136 |
| 0.09 150 0.09 161 |
| 3 0.1 0.001 0.02 138 18 0.1 0.1 0.02 140 |
| 0.09 155 0.09 182 |
| 4 1.0 0.001 0.02 142 19 1.0 0.1 0.02 145 |
| 0.09 160 0.09 199 |
| 5 2.0 0.001 0.02 148 20 2.0 0.1 0.02 147 |
| 0.09 148 0.09 156 |
| 6 0.005 0.005 0.02 122 21 0.001 0.5 0.02 133 |
| 0.09 150 0.09 171 |
| 7 0.01 0.005 0.02 132 22 0.01 0.5 0.02 140 |
| 0.09 153 0.09 181 |
| 8 0.1 0.005 0.02 139 23 0.1 0.5 0.02 145 |
| 0.09 163 0.09 188 |
| 9 1.0 0.005 0.02 149 24 1.0 0.5 0.02 147 |
| 0.09 168 0.09 190 |
| 10 2.0 0.005 0.02 149 25 2.0 0.5 0.02 150 |
| 0.09 149 0.09 153 |
| 11 0.05 0.01 0.02 127 26 0.001 1.0 0.02 136 |
| 0.09 158 0.09 169 |
| 12 0.01 0.01 0.02 136 27 0.01 1.0 0.02 138 |
| 0.09 164 0.09 173 |
| 13 0.1 0.01 0.02 138 28 0.1 1.0 0.02 142 |
| 0.09 170 0.09 191 |
| 14 1.0 0.01 0.02 154 29 1.0 1.0 0.02 151 |
| 0.09 182 0.09 201 |
| 15 2.0 0.01 0.02 151 30 2.0 1.0 0.02 157 |
Tabelle 1
Beispiel 1: Es wurden Proben von verschiedenen Legierungen
auf Nickelbasis vorbereitet und ihre Härte in Hv, wie es in Tabelle 1 dargestellt
ist. Die Proben enthielten 0,005, 0,01, 0,1, 1,0 oder 2 Gewichts-% von Al; 0,001,
0,005, 0,01, 0,1, 0,5 oder 1 Gewichts-% von Ti; 0,02 oder 0,09 Gewichts-% von C
und einen wesentlichen restlichen Anteil von Ni.
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Aus den Daten in der Tabelle kann klar ersehen werden, daß der zunehmende
Anteil von Al und Ti mit einer zunehmenden Härte der Proben verbunden ist und daß
ein größerer Anteil von C mit einer größeren Härte der Proben verbunden ist.
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Beispiel 2 Proben von verschiedenen Legierungen auf Nickelbasis wurden
vorbereitet und die Härte in Hv wurde nach einer Bearbeitung bei einem 60 %-Anteil
gemessen, wie es in Fig. 1 gezeigt ist. Die Proben enthielten 0,005, fl ,01, 0,1,
1,0 oder 2 Gewichts-% von Al; 0,001, 0,005, 0,01, 0,1 oder 1 Gewichts-% von Ti;
0,02 oder 0,09 Gewichts-% von C und einen wesentlichen restlichen Anteil von Ni.
In der Graphik geben die Zahlen in Klann.ern die Werte für 0,09 Gewichts-% C an.
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Die Graphik zeigt sehr gut an, daß eine Zunahme an dem Anteil von
Al und Ti eine Zunahme in der Härte der Proben bewirkt und daß die Härte umso größer
ist, je größer der Anteil an C ist.
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Beispiel 3: Es wurden Proben von verschiedenen Legierungen auf Nickelbasis
vorbereitet und die Härte in Hv nach dem Bearbeiten mit einem 60 %-Anteil und einem
Aushärten(bei 4600 C während 2 Stunden in N2 Gasumgebung) ist in Fig. 2 gezeigt.
Die Proben enthielten 0,oo;, 0,01, 0,1, 1,0 oder 2 Gewichts-% von Al; 0,001, 0,005,
0,01, 0,1, 0,5 oder 1 Gewichts-% von Ti; 0,02 oder 0,09 Gewichts-% von C; und einen
wesentlichen restlichen Anteil von Ni.
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In der Graphik geben die Zahlen in Klammern die Werte für 0,09 Gewichts-%
C an.
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Die graphisch dargestellten Daten lassen zuverlässig die Tatsache
erkennen, daß eine Zunahme in der Härte der Proben durch eine Zunahme von Al und
Ti verursacht wird und daß eine Zunahme an dem Anteil von C mit einer Zunahme der
Härte verbunden ist.
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Beispiel 4: Jede Probe war als ein Draht mit 2mm Durchmesser ausgebildet,
welcher als streifenförmige Probe mit 1,0 mm Dicke nach dem Anlassen gepreßt wurde.
Die Oberfläche jeder streifenförmigen Probe wurde mit Cr302 Schleifmittel poliert,
mit Trichloräthylen zum Entfetten behandelt und in einem 10 io verdünnten Salzsäurebad
gewaschen. Die in der Säure gewaschene streifenförmige Probe wurde 5 Minuten lang
bei 3 Ampere pro dm2 Stromdichte in einem Plattierungsbad plattiert, welches 3oo
g/l Nickelsulfat, 50 g/I Mickelchlorid und 40 g/l Borsäure enthielt. Danach wurde
die streifenförmige Probe gewaschen und bei Raumtemperatur getrocknet.
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Nach dem Eintauchen in ein Bad mit einer konstanten Temperatur von
1000 C während einer Dauer von 30 Minuten wurde die Oberfläche der streifenförmiaen
Probe unter Verwendung eines Mikroskops in 40-facher Vergrößerung betrachtet, um
die Anzahl der Ausbuchtungen an der Oberfläche zu zählen. Das Ergebnis ist in Fig.
3 gezeigt. In der Graphik geben die Zeichen A bis D den Grad der Qualität bei der
Plattierung an und sie sind derart festgelegt, wie es in Tabelle 2 gezeigt ist.
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Tabelle 2
| Grad Anzahl der Oberflåchn- |
| ausbuchtungen pro cm |
| A O N 1 |
| B 2 ss 5 |
| C 6 .-v 8 |
| D 8 oder mehr |
Aus der graphischen Darstellung kann entnommen werden, daß der zunehmende Anteil
von Al und Ti eine zunehmende Anzahl von Ausbuchtungen verursacht und daß der Anteil
von Al und Ti derart ausgewählt werden sollte, wie er durch die vorliegende Erfindung
beansprucht ist, um eine bessere Qualität der Plattierung zu erreichen.
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Beispiel 5: Es wurden Proben vorbereitet mit 0,1 Gewichts-% von Al,
0,1 Gewichts-% von Ti bis zu 15 Gewichts-% von Cr und einem wesentlichen restlichen
Anteil von Ni. Die Härte in Hv jeder Probe wurde nach dem Aushärten geprüft, um
die Wirkung bei der Aushärtung der Legierung durch den Zusatz von Cr zu bestätigen.
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Das Ergebnis ist in Fig. 4 gezeigt, die klar zeigt, daß ein geringerer
Anteil von Cr mit einer größeren Härte verbunden ist.
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Mit anderen Worten: Ein geringerer Anteil von Cr bringt eine hohe
Wirkung beim Aushärten mit sich.
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Es wird betont, daß die Zusammensetzung dieser Legierung eine ausreichende
Härte sicherstellt und gleichzeitig eine hervorragende Qualität bei der Plattierung
mit sich bringt, wie es in den vorangehenden Zeichnungen klar gezeigt wurde.
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-L e e r s e i t e-