DE3514524A1 - Mehrschichtmaterial - Google Patents

Description

35H524

Anmelder: Nippon Gakki Seizo Kabushiki Kaisha Dnser Az.: PA 366 DE 16. April 1985

Mehrschichtmaterial

Die Erfindung betrifft ein Mehrschichtmaterial für ornamenteile Verwendung. Insbesondere betrifft die Erfindung die Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von Ti-enthaltendem Mehrschichtmaterial vom clad-Typ für ornamentelle Anwendungen, beispielsweise als Brillengestell oder Teile von Brillengestellen. "Clad" oder "cladden" bezeichnet hier einen Vorgang, der auch als plattieren bezeichnet werden kann und das Aufbringen eines Materials auf ein anderes Material unter Druckeinwirkung betrifft, beispielsweise durch einen Preßvorgang, Ziehvorgang oder Walzvorgang, wobei dies je nach Materialien und Materialanwendung mit oder ohne gleichzeitiger Wärmeeinwirkung erfolgen kann. Solche MehrSchichtmaterialien sind auch als "Manteldrähte" bekannt und werden insbesondere für die Herstellung von Brillengestellen verwendet.

Verschiedene Ti-enthaltende Mehrschichtmaterialien vom clad-Typ werden schon in größerem Umfange wegen der hohen mechanischen Festigkeit, der guten Anti-

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korrosion und des leichten Gewichts der Ti-Komponente verwendet. Allgemein enthält das Mehrschichtmaterial dieser Art einen Ti- oder Ti-Basislegierungskern und einen auf diesen durch Cladden aufgebrachten Ni-Basislegierungs- oder Cu-Basislegierungsmantel. Trotz dieser guten Eigenschaften hat ein hoher Anteil der Ti-Komponente zwecks leichten Gewichts eine schlechte plastische Verformbarkeit und eine hohe mechanische Steifheit des MehrSchichtmaterials zur Folge. Man nimmt an, daß diese Nachteile von der hcp-Kristallstruktur von Ti kommen (hep: hexagonal dicht gepacktes Gitter). Eine schlechte plastische Verformbarkeit verhindert die Herstellung von komplizierten Formen, und eine hohe mechanische Steifheit führte zu einer schnellen Abnutzung der bei der Bearbeitung verwendeten Werkzeuge, insbesondere Schneidwerkzeuge.

Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, ein Ti-enthaltendes Mehrschichtmaterial vom clad-Typ zu schaffen, welches zusätzlich zu einer hohen mechanischen Festigkeit, einer guten Antikorrosion und einem niedrigen Gewicht, auch sehr gut plastisch verformbar ist und eine abgestimmte mechanische Steifheit hat.

Ferner soll durch die Erfindung zusätzlich zu den oben angegebenen Vorteilen das Ti-enthaltende Mehrschichtmaterial vom clad-Typ gut zum Plattieren und Löten, insbesondere Hartlöten, geeignet sein.

Die erstgenannte Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß das Mehrschichtmaterial einen Kern aus Al oder Al-Basislegierung und einen auf den Kern durch Cladden aufgebrachten Mantel aus Ti oder Ti-Basislegierung aufweist.

35U524

Beide vorgenannten Aufgaben, insbesondere die zweitgenannte, wird gemäß der Erfindung durch ein Mehrschichtmaterial gelöst, welches einen Kern aus Al oder Al-Basislegierung, einen auf den Kern durch Cladden aufgebrachten Zwischenkern aus Ti oder Ti-Basislegierung, einen Zwischenmantel aus Ni oder Ni-Basislegierung, welcher durch Cladden auf den Zwischenkern aufgebracht ist, und einen Mantel aus Au, Au-Basislegierung, Pt oder Pt-Basislegierung aufweist, der durch Cladden auf den Zwischenmantel aufgebracht ist.

Die Erfindung wird im folgenden mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Darin zeigen

Fig. 1 einen Querschnitt eines Mehrschichtmaterials in Form eines Manteldrahtes nach der Erfindung entsprechend der erstgenannten Aufgabe und Lösung,

Fig. 2 einen Querschnitt eines Mehrschichtmaterials nach der Erfindung in Form eines Manteldrahtes entsprechend der zweitgenannten Aufgabe und Lösung,

Fig. 3 ein Kurvendiagramm, welches die Ergebnisse von Härtetests zeigt, und

Fig. 4 eine graphische Darstellung, welches die Ergebnisse von Verdichtungstests zeigt.

Fig. 1 zeigt ein Beispiel eines linearen Mehrschichtmaterials gemäß dem ersten Aspekt nach der Erfindung. Das lineare Mehrschichtmaterial 10 enthält einen Kern 11 aus Al oder Al-Basislegierung und einen

Mantel 12 aus Ti oder Ti-Basislegierung, welcher auf den Kern 11 durch Cladden aufgebracht ist. Das Querschnittsflächenverhältnis des Mantels 12 mit Bezug auf den Kern 11 sollte vorzugsweise in einem Bereich von 12 % bis 60 % liegen. Für die Erfindung werden vorzugsweise Al-Basislegierungen entsprechend den JIS (Japanischer Industriestandard) 1070, 1050, 1100, 1200, 3003, 5052, 5056, 5083, 6061, 6063 und 7003 verwendet. (Siehe Tabelle 1).

T-

35U524

Tabelle 1

< = oder weniger > = oder mehr

Einschluß in %

Si

Ffe

0.6 <

0.7 <

Oj

0.03 C

0.03 <

Cr

Zn

m.Pb.Zr 2r+TL,V

TL

andere

** »

Al

0.20 <

0.25 C

0.25 <

0.40 <

0.04 <.

0.05 <

0.05 <

0.04 <

0.03 <

*

0.25 <

0.40 <

0.30 <

0.40 <

0.05 <

0.05 <

0.05 <

0.03 <

0.03 <

99.70 >

1.0 <

0.40 <

0.40 <

0.05 0.20

0.05 <

0.10 <

0.03 <

0.15 <

99.50 >

JIS

LO <

0.40 0.8

0.7 <

0.05 <

LO 1.5

0.10 <

0.05 <

0.05 <

0.15 <

99.00 >

1070

0.20 0.6

0.35 <

0.05 0.20

0.10 <

2.2 2.8

0.10 <

0.05 <

0.15 <

99.00 >

1050

0.30 ■c

0.35 <

0*10 <

0.05 0.20

4.5 5.6

0.15 0.35

0.10 <

0.05

0.15 <

bed

1100

0.10 <

0.40 1.0

4.0 4.9

0.05 0.20

0.10 <

0.05 <

0.15 <

bal

1200

0.10 <

0.15 <

0.8 1^2

0.05 0.25

0.25 <

0.15 <

0.05

0.15 <

bei

3003

0.15 'V· 0.40

0.10 <

0.45 0.9

0.04 0.35

0.25 <

0.15 <

0.05 <

0.15 <

bal

5052

0.10 <

0.30 <

0.05 LO

0.10 <

0.10 <

0.10 <

0.05 <

0.15 <

bal

5056

0.20 <

0.20 <

5.0 6.5

Zn 0.05 0.25

0.20 <

0.05 <

0.15 <

bal

5063

0.05 <

bal

6061

6063

7003

* individuell
total

- Si -

Das Vorhandensein von Al oder Al-Basislegierung im Kern und der verringerte Einschluß von Ti führen dazu, daß das Produkt ohne übermäßig starke Abnutzung der Werkzeuge bearbeitet und geschnitten werden kann. Außerdem führt der verringerte Anteil der Ti-Komponente zu einer isotropen plastischen Deformation, wodurch die Produktion von komplizierten Konfigurationen ermöglicht wird. Wenn das Quersehnittsflächenverhältnis oder der Querschnittsflächenanteil des Mantels den oben angegebenen Bereich nicht erreicht, würde ein zu großer Unterschied in der Festigkeit zwischen dem Kern und dem Mantel eine ungestörte glatte Bearbeitung des Mehrschichtsmaterials verhindern. Andererseits, wenn das Quersehnittsflächenverhältnis des Mantels oberhalb des genannten Bereiches liegt, wird ebenfalls die Bearbeitbarkeit des Mehrschichtmaterials verschlechtert oder unmöglich gemacht.

Fig. 2 zeigt ein Beispiel eines linearen Mehrschichtmaterials gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung. Das lineare Mehrschichtmaterial 20 enthält einen Kern 21 aus Al oder Al-Basislegierung, einen auf diesen Kern durch Cladden aufgebrachten Zwischenkern aus Ti oder Ti-Basislegierung, einen auf den Zwischenkern 22 durch Cladden aufgebrachten Zwischenmantel 23 aus Ni oder Ni-Basislegierung, und einen durch Cladden auf den Zwischenmantel 23 aufgebrachten Mantel 24 aus Au, Au-Basislegierung, Pt oder Pt-Basislegierung. Das Quersehnittsflächenverhältnis des Zwischenkerns 22 mit Bezug auf den Kern 21 sollte vorzugsweise im Bereich von 12 % bis 60 % liegen. Für die Erfindung werden vorzugsweise Al-Basislegierungen gemäß dem JIS (Japanischer Industriestandard) 1070, 1050, 1100, 1200, 3003, 5052, 5056, 5083, 6061, 6063 und 7003 verwendet .

Zusätzlich zu den Vorteilen, welche das Mehrschichtmaterial gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung aufweist, wird das Produkt durch das Vorhandensein des Zwischenmantels 23 aus Ni oder Ni-Basislegierung und des Mantels 24 aus Au, Au-Basislegierung, Pt oder Pt-Basislegierung besonders gut plattierbar und lötbar. Das Vorhandensein des Mantels 24 ermöglicht auf leichte Weise das Bilden von Oberflächenmustern auf dem Produkt. Ferner weist der Zwischenmantel 23, welcher zwischen dem harten Zwischenkern 22 und dem weichen Mantel 24 angeordnet ist, eine Zwischenhärte auf, durch welche die Verarbeitungseigenschaften wesentlich verbessert und Formverunstaltungen während der Verarbeitung weitgehend vermieden werden. Falls bei einer Wärmebehandlung intermetallische Verbindungen zwischen Ti des Zwischenkerns 22 und Ni des Zwischenmantels 23 entstehen, wird eine Ausbreitung nach außen durch den Zwischenmantel 23 verhindert, ohne daß auf der Außenfläche des Produkts Schlieren, Farbänderungen, Formänderungen oder dergleichen auftreten, welche das schöne Aussehen des Mantels 24 beeinträchtigen würden. Da die eine intermetallische Verbindung erzeugende Temperatur zwischen Ti und Ni höher ist als die zwischen Ti und Cu, Ag und Zn in der Au-Basislegierung, kann ein weiter Temperaturbereich so gewählt werden, daß man eine ideale Vergütung erreicht.

Die Dicke des Zwischenmantels 23 sollte vorzugsweise in einem Bereich von 10 % bis 200 % von der des Mantels 24 liegen. Ein Zwischenmantel 23 dünner als der untere Grenzwert hat keine Wirkung mehr, so, als ob er nicht vorhanden wäre. Eine Dicke des Zwischenmantels oberhalb des oberen Grenzwertes hätte eine merkliche Zunahme des Gewichts des Mehrschichtmaterials zur Folge und würde dadurch wieder den Vorteil

/to

beeinträchtigen, der sich durch das leichte Gewicht des aus Ti oder Ti-Basislegierung hergestellten Zwischenkerns 22 ergibt.

Das folgende Beispiel dient zur Erklärung der Erfindung, soll jedoch nicht den Schutzumfang einschränken.

Beispiel

Lineare Muster Nr. 1 bis 17 des MehrSchichtmaterials mit verschiedenen Verhältnissen oder Anteilen an Einschlüssen, wie dies in Tabelle 2 aufgeführt ist, wurden zubereitet und einige von ihnen wurden Härte- und Verdichtungstests unterworfen.

Tabelle 2

	Mantel (Ti)	Zugfestig keit (kp/mm )	Kern (Al)	!Zugfestig keit 2 (kp/mm )	Verhältnis, Mantel-	Beobachtung
	Typ (JIS)	48	Typ (JIS)	8.3	" anteil (X)	Bruch
	2	48	1100	8.3	10
	2	48	1100	8.3	15
	2	48	1100	8.3	20
	2	48	1100	8.3	40
	2	48	1100	8.3	55
	2	48	1100	12.5	70	Bruch
Master Nr.		48	•4603	12.5	10
1	2	48	6063	12.5	25
2	2	48	6063	12.5	40
3	2	37	6063	7.1	70	Bruch
4		37	TÖ5T5	7.1	6
5	Clad	37	1050	7.1	12
6	Clad	37	1015	7.1	15
7	Clad	37	1050	7.1	30
8	Clad	37	1050	7.1	50
9	Clad	48	1050	16. 1	70
10	1	Ui	20
11
12
13
14
15
16
17

Bei der Herstellung jedes Musters wurden zunächst ein Mantel von 40 mm Außendurchmesser und ein korrespondierender Kern zubereitet. Nach dem Aufsetzen des Mantels auf den Kern und Löten des Längsendes, wurde die Kombination mehrmals einem Drahtziehvorgang bei 75 % Arbeitsrate unterworfen, gefolgt durch Zwischenvergüten bei 500° C für 30 Minuten, um dadurch ein lineares Material von 2,5 mm Durchmesser zu erhalten. Das lineare Material wurde dann abschließend bei 480° C für 3 Minuten vergütet, so daß man ein lineares Muster erhielt. Für Vergleichszwecke wurde ein Kern aus Ni für die Herstellung des Musters Nr. 17 verwendet .

Bei der Herstellung der in Tabelle 2 gezeigten "Clad", wurde 12-Gold (Au)-Basislegierung (50 Au-35 Cu-10 Zn-5 Ni) und 99,8-Ni im Querschnittsflächenverhältnis von 1:1 durch Cladden aufeinander aufgebracht, und das erhaltene Material wurde durch Cladden auf einen Ti-Mantel mit einem Querschnittsflächenverhältnis von 1:1 aufgebracht. Ein Mantelbruch trat während der Herstellung der Muster Nr. 1, 7 und 11 auf. Nach dem Bruch wurde jedes Muster so einem Walzvorgang und Stauchvorgang unterworfen, daß man ein lineares Muster von 2,5 mm Durchmesser erhielt.

Die Muster Nr. 1, 3, 4, 6 und 17 wurden Härtetests unterzogen. Jedes lineare Muster wurde mit vorgegebenen Arbeitsverhältnissen durch Drahtziehen bearbeitet und anschließend Zugtests unterworfen. Die Ergebnisse sind in Fig. 3 dargestellt.

Die Muster 1 bis 10 und 17 wurden Verdichtungstests unterworfen. Jedes lineare Muster wurde in einer

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SKD-11-Form (HRc = 60, Oberflächenfinish 0,8 S) unter Verwendung von Spindelöl als Schmiermittel mit einer Preßgeschwindigkeit von 1 mm/s auf eine Dicke von 0,7 mm zusammengepreßt. Die dafür benötigten Kräfte sind in Fig. 4 gezeigt.

In Fig. 3 ist das Arbeitsverhältnis in Prozent auf

der Abszisse und die Zugfestigkeit in kp/mm auf der Ordinate aufgetragen. In Fig. 4 sind die Musternummern auf der Abszisse und die Kraft in Tonnen auf der Ordinate aufgetragen.

Die Testdaten zeigen, daß der Einschluß oder Anteil des Mantels in einem unter 10 % liegenden Verhältnis Oberflächenbrüche während der Herstellung zur Folge hat. Keine Probleme ergeben sich, wenn das Verhältnis des Manteleinschlußes 12 % beträgt. Ein Verhältnis des Einschlußes von 70 % verursacht eine große Härte und eine hohe Preßkraft. Ein Al-Kern verursacht eine niedrigere Härte und eine kleinere Kraft beim Pressen als ein Ni-Kern, wobei eine ausgezeichnete Verarbeitbarkeit sichergestellt ist.

Claims (6)

EWALD O.VETTER EUROPEAN PATENT ATTORNEY PATENTANWALT DIPL-INS. (FH) Bahnhof-Sfrasse 30 D-8900 Augsburg, West-Qermany Telefon (0321) 5 7004 91, 517148, 542909 Telex 539 250 patev d Anmelder: Nippon Gakki Seizo Kabushiki Kaisha Unser Az.: PA 366 DE 16. April 1985 Patentansprüche

1. Mehrschichtmaterxal,
gekennzeichnet durch einen Kern (11) aus Al oder Al-Basislegierung und einen auf den Kern durch Cladden aufgebrachten Mantel (12) aus Ti oder Ti-Basislegierung.

2. Mehrschichtmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Querschnittsflächenverhältnis des Einschlusses des Mantels (12) mit Bezug auf den Kern (11) im Bereich von 12 % bis 60 % liegt.

3. Mehrschichtmaterxal,
gekennzeichnet durch einen Kern (21) aus Al oder Al-Basislegierung, einen auf den Kern durch Cladden aufgebrachten Zwischenkern (22) aus Ti oder Ti-Basislegierung, einen Zwischenmantel (23) aus Ni oder Ni-Basislegierung, welcher durch Cladden auf den Zwischenkern aufgebracht ist, und einen Mantel (24) aus Au, Au-Basislegierung, Pt oder Pt-Basislegierung,

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der durch Cladden auf den Zwischenmantel aufgebracht ist.

4. Mehrschichtmaterial nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet/ daß das Querschnittsflächenverhältnis des Einschlusses des Zwischenkerns (22) mit Bezug auf den Kern (21) im Bereich von 12 % bis 60 % liegt.

5. MehrSchichtmaterial nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des Zwischenmantels (23) im Bereich zwischen 10 % und 200 % von derjenigen des Mantels (24) liegt.

6. Brillengestell,

dadurch gekennzeichnet, daß es mindestens teilweise aus einem Mehrschichtmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 5 besteht.