DE355497C

DE355497C - Metal alloy

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Publication number: DE355497C
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Priority date: 1918-02-23
Filing date: 1920-06-30
Publication date: 1922-06-27

Description

Die neue Legierung besteht aus Nickel, Zirkon, Aluminium und Silizium mit oder ohne Zusatz eines oder mehrerer Metalle der Chromgruppe. An Stelle von Nickel kann auch Kobalt, entweder allein oder zusammen mit Nickel Verwendung finden; dazu können Zusätze durch Metalle der Chromgruppe treten, wie beispielsweise Wolfram, Molybdän, Chrom oder Uran. In allen diesen Verbindungen muß jedoch das Nickel bzw. Kobalt an Menge vorherrschend sein und kann als die Basis oder Grundlage der Legierung betrachtet werden.The new alloy consists of nickel, zirconium, aluminum and silicon with or without Addition of one or more metals from the chromium group. Instead of nickel can also Cobalt, either alone or in conjunction with nickel; there can be additives pass through metals of the chromium group, such as tungsten, molybdenum, chromium or uranium. In all of these compounds, however, the nickel or cobalt must be in abundance be predominant and can be considered as the base or foundation of the alloy will.

Eine derartige Metallegierung ist von außerordentlichem Nutzen bei der Verwendung als Schneidinstrument für Metalle. Sie kann daher vorzugsweise für Schneidwerkzeuge aller Art, namentlich für Hobel- und Drehstähle sowie auch für · andere Maschinenwerkzeuge Verwendung finden. Ferner können aus dieser Legierung Stähle sofort fertig zum Gebrauch gegossen werden, da sie keine vorherige Warmbehandlung benötigen, wie dies bis jetzt bei der Erzeugung von erstklassigen Schnelldrehstählen nötig war. Der Grund hierfür ist darin zu suchen, daß die Bestandteile der Legierung so gegeneinander abgewogen sind, daß ein bestimmter Härtegrad erreicht wird, der sich unter keinen Umständen ändert. Mit anderen Worten, die vorliegende LegierungSuch a metal alloy is extremely useful when used as a Cutting instrument for metals. It can therefore be preferred for all cutting tools Art, namely for planing and turning tools as well as for other machine tools Find use. In addition, steels made from this alloy can be used immediately be poured, as they do not require any prior heat treatment, as has been the case up to now the production of first-class high-speed steels was necessary. The reason for this is to look for the fact that the components of the alloy are so weighed against each other that a certain degree of hardness is reached, which does not change under any circumstances. With in other words, the present alloy

verlangt kein An- oder Nachlassen, da zur Erzeugung der erforderlichen Härte ja kein Kohlenstoff verwendet wird. Abgesehen hiervon können Werkzeuge aus dieser Legierung in jeder verlangten Größe hergestellt werden, wodurch eine Bearbeitung derselben sich erübrigt und eine große Menge Zeit und Arbeit gespart wird. Hierdurch werden die Herstellungskosten im Vergleich zu Schneidwerkzeugen to aus anderen Legierungen bedeutend herabgesetzt; es ist lediglich beim Herstellen von feinen Stählen ein Anschleifen erforderlich. Ein weiterer Vorzug, welchen derartige Legierungen besitzen, besteht darin, daß ihr Schmelzpunkt verhältnismäßig niedrig, d. h. bei 1200⁰ C gelegen ist; hierdurch werden die Herstellungskosten abermals verringert, da die Lebensdauer der teuren Schmelztiegel verlängert wird. Gleichzeitig können auch die Anzahl der Schmelzgüsse pro Tag vermehrt werden, so daß Schneidwerkzeuge aller Art hierdurch in großer Menge und mit größter Leichtigkeit hergestellt werden können. Es hat sich ferner gezeigt, daß die Schneidwirkung bzw. die Schnittleistung einer derartigen Legierung in hohem Grade gleichmäßig ausfällt, wenn man sie mit derjenigen der gewöhnlichen Schnelldrehstähle vergleicht. Infolge der komplizierten Zusammensetzung der zu Schnelldrehstählen verwendeten Metallegierungen, welche für gewöhnlich Eisen, Kohlenstoff.. Wolfram, Chrom, Vanadin, Silizium, Mangan und zuweilen auch Nickel, Kobalt und Uran enthalten, ist es ohne weiteres klar, daß die letzteren praktisch keine gleichförmige Schnittwirkung erreichen können, welche sich durch die ganze Legierung hindurch erstreckt. In einigen Fällen schneidet das eine Ende des Stahles 50 bis 100 Prozent besser als das entgegengesetzte Ende. Dies trifft jedoch für die vorliegende Metallegierung nicht zu, diese j weist vielmehr durch die ganze Masse hindurch eine vollkommen gleichmäßige Schneidwirkung auf.does not require any tempering or slackening, since no carbon is used to produce the required hardness. Apart from this, tools from this alloy can be made in any required size, thereby eliminating the need for machining and saving a great deal of time and labor. This significantly reduces the manufacturing costs compared to cutting tools to made from other alloys; it is only necessary to grind when producing fine steels. Another advantage that such alloys have is that their melting point is relatively low, ie at 1200 ^° C .; this again reduces the manufacturing costs, since the service life of the expensive crucibles is extended. At the same time, the number of melt casts per day can also be increased, so that cutting tools of all kinds can be produced in large quantities and with great ease. It has also been found that the cutting effect or the cutting performance of such an alloy is highly uniform when compared with that of the usual high-speed steels. Due to the complicated composition of the metal alloys used for high-speed steels, which usually contain iron, carbon .. tungsten, chromium, vanadium, silicon, manganese and sometimes also nickel, cobalt and uranium, it is readily apparent that the latter have practically no uniform cutting effect which extends through the entire alloy. In some cases, one end of the steel cuts 50 to 100 percent better than the opposite end. However, this does not apply to the present metal alloy, this j rather has a completely uniform cutting effect through the entire mass.

Bei Herstellung der vorliegenden Legierung wird Zirkon verwendet, was seinerseits der Legierung neben einer hohen Härte, Dichtigkeit und Dauerhaftigkeit verleiht. Zugleich ί wird auch Nickel, .Aluminium und Silizium j verwendet. Für Vergleichszwecke sind die 1 beiden in der Zeichnung angegebenen Diagramme hergestellt, welche in Gegenüberstellung die Härtekurve einer Aluminium-Nickel-Legierung und einer Aluminium-Silizium-Nickel-Legierung zeigen.Zirconium is used in the manufacture of the present alloy, which in turn is the Alloy gives it a high hardness, tightness and durability. At the same time ί Nickel, aluminum and silicon are also used. For comparison purposes, the 1 two diagrams given in the drawing, which are compared the hardness curve of an aluminum-nickel alloy and an aluminum-silicon-nickel alloy demonstrate.

Die Legierungen werden, wenn sie, wie Abb. ι zeigt, die Einwirkung von Aluminium auf Nickel erkennen lassen sollen, Eigenschaften wie hohe Härte, Dichtigkeit und große Schnittgeschwindigkeit in Stahl zeigen. Ein wirklich brauchbares Schneidwerkzeug muß eine Härte von nicht weniger als 55 Skleroskopien zeigen, jedoch stets in Verbindung mit einer gewissen Zähigkeit, um Dauerschnitte ausführen zu können. Aus der Härtekurve dieser Legierung geht auch gleichzeitig hervor, daß zur Erlangung eines Schneidwerkzeuges von genanntem Härtegrade ein Zusatz von wenigstens 10 Prozent Aluminium erforderlich ist. Diese Legierung besitzt einen hohen Grad von Zähigkeit, kann jedoch, was Schnittwirkung betrifft, nicht mit Schnelldrehstählen in ernsthafte Konkurrenz treten. Bei größerem Aluminiumzusatz wird die Legierung zwar härter, verliert jedoch ihre Zähigkeit und Ausdauer, da das Gefüge kristallinisch wird.The alloys are, as Fig. Ι shows, the action of aluminum on nickel should reveal properties such as high hardness, tightness and show high cutting speed in steel. Must have a really usable cutting tool show a hardness of not less than 55 scleroscopies, but always in conjunction with a certain toughness in order to be able to carry out continuous cuts. From the hardness curve this alloy also shows at the same time that to obtain a cutting tool of the specified degree of hardness, an addition of at least 10 percent aluminum is required is. This alloy has a high degree of toughness, but can have a cutting effect concerns, do not enter into serious competition with high-speed steels. With larger The addition of aluminum makes the alloy harder, but loses its toughness and endurance, because the structure becomes crystalline.

Die Legierung, deren Diagramm in Abb. 2 wiedergegeben ist, zeigt, wie Silizium auf Aluminium-Nickel-Verbindungen einwirkt; wie diese Kurve erkennen läßt, besitzen derartige Legierungen einen hohen Grad von Härte, bei annähernd gleichen Teilen von Silizium und Aluminium sowie Nickel. Diese Härte wird noch gesteigert bei höherem Aluminiumzusatz und bei geringerer Zugabe von Silizium; sie erreicht ein Maximum bei 10 Prozent Aluminium und 2 Prozent Silizium. Darauf fällt die Härte wieder, wenn ein noch größerer Zu- · satz von Aluminium gegeben wird, während die Menge des Siliziums auf 2 Prozent stehen bleibt. Diejenigen Legierungen, welche sich für gewerbliche Zwecke infolge ihrer genügenden Härte eignen, enthielten 9 Prozent Aluminium bei 3 Prozent Silizium oder 10 Prozent Aluminium bei 2 Prozent Silizium oder endlieh 12 Prozent Aluminium bei 2 Prozent Silizium. Sämtliche Legierungen waren bedeutend dichter als diejenigen der Aluminium-Nickel-Reihe und ergaben bessere Schneidwerkzeuge, waren jedoch den Schnelldrehstählen noch unterlegen, Setzt man jedoch etwa ¹Z₂ bis 15 Prozent Zirkon diesen tertiären Legierungen zu, so werden sowohl die physikalischen als auch die strukturellen Eigenschaften derartiger Legierungen bedeutend verbessert. Der Zusatz von Zirkon steigert auch die Härte des Schneidwerkzeuges bei Rotglut bis zu einer hohen Grenze, und es ist sehr leicht möglich, hierdurch eine skleroskopische Härte von 65 bis 75 ° zu erreichen. Hierbei zeigen die Legierungen gleichzeitig eine außerordentlich hohe Zähigkeit bei feinkristallinischer Struktur. Außerdem schneiden derartige Legierungen, wenn sie zu Werkzeugen ausgegossen werden, Stahl dauernd unter gleichen Bedingungen 25- bis 100 mal länger als die besten Schnelldrehstähle, ohne wieder angeschliffen werden zu müssen.The alloy, the diagram of which is shown in Fig. 2, shows how silicon acts on aluminum-nickel compounds; As this curve shows, such alloys have a high degree of hardness, with approximately equal parts of silicon and aluminum as well as nickel. This hardness is increased with a higher addition of aluminum and with a lower addition of silicon; it reaches a maximum at 10 percent aluminum and 2 percent silicon. The hardness then falls again if an even larger addition of aluminum is added while the amount of silicon remains at 2 percent. Those alloys which are suitable for commercial purposes due to their sufficient hardness contained 9 percent aluminum with 3 percent silicon or 10 percent aluminum with 2 percent silicon or finally 12 percent aluminum with 2 percent silicon. All alloys were significantly denser than those of the aluminum-nickel series and made better cutting tools, but were still inferior to high-speed steels.However, if you add about ¹ Z ₂ to 15 percent zircon to these tertiary alloys, both the physical and the structural Properties of such alloys significantly improved. The addition of zircon also increases the hardness of the cutting tool in red heat up to a high limit, and it is very easy to achieve a scleroscopic hardness of 65 to 75 °. At the same time, the alloys show extremely high toughness with a fine crystalline structure. In addition, when poured into tools, such alloys cut steel under the same conditions 25 to 100 times longer than the best high-speed steels without having to be sharpened again.

Es hat sich auch herausgestellt, daß kleine Zusätze von einem oder mehreren Metallen der Chromgruppe zweckmäßig der vorgenannten Legierung hinzugefügt werden können, um dieIt has also been found that small additions of one or more metals the chromium group can expediently be added to the aforementioned alloy to the

Schnittfähigkeit noch weiter zu erhöhen und um gleichzeitig die Härte bei Rotglut zu steigern und die Struktur zu ändern. So erhöht beispielsweise der Zusatz von annähernd 4 Prozent Wolfram zu der quarternären Legierung die Lebensdauer des Schneidstahles, bevor er ungefähr ioo Prozent abgenommen hat; der Zusatz von η Prozent Wolfram erhöht die Lebensdauer um 150 Prozent; der Zusatz von 12 Prozent Wolfram erhöht diese Zeit jedoch um 200 Prozent. Die Grenze wird bei annähernd 25 Prozent Wolfram erreicht, denn oberhalb dieser Grenze wird die Legierung brüchig. Entsprechend geringe Zusätze von Chrom, Molybdän oder Uran können mit gleichem Erfolge an Stelle von Wolfram verwendet werden.To increase the cutting ability even further and at the same time to increase the hardness in red heat and to change the structure. For example, adding approximately 4 percent tungsten to the quaternary alloy increases the life of the cutting steel before it has decreased by about 100 percent; the addition of η percent tungsten increases the service life by 150 percent; however, adding 12 percent tungsten increases this time by 200 percent. The limit is reached at approximately 25 percent tungsten, because above this limit the alloy becomes brittle. Correspondingly small additions of chromium, molybdenum or uranium can be used in place of tungsten with the same success.

Diese Legierungen können sehr leicht durch Reduktion vermittels pulverisierten Aluminiums hergestellt werden. Man mahlt beispielsweise 66 Gewichtsteile schwarzes Nickeloxyd und 36 Gewichtsteile brasilianischen Zirkits (welcher wenigstens einen Gehalt von 80 Prozent Zirkonoxyd und 15 Prozent Silizium aufweisen muß) so fein, daß sie auf 200 Maschen pro Quadratzoll abgesiebt noch eben durchfallen. Dieses Pulver wird getrocknet und alsdann mit 32 Gewichtsteilen von gleich feinemThese alloys can be made very easily by reduction by means of powdered aluminum getting produced. For example, 66 parts by weight of black nickel oxide are ground and 36 parts by weight of Brazilian zircon (which contain at least 80 percent Zirconium oxide and 15 percent silicon must have) so fine that they are 200 mesh per square inch screened off just fall through. This powder is dried and then with 32 parts by weight of equally fine

' Aluminiumpulver gemischt. Die Mischung wird darauf in einen konischen Schmelztiegel übergeführt, der mit Magnesia oder Tonerde ausgekleidet ist. Die Mischung wird darauf vermittels eines Magnesiumbandes oder auf sonst geeignete Weise entzündet. Unmittelbar nach der Reaktion kann die Legierung entweder aus dem Schmelztiegel ausgegossen werden oder man kann sie auch in dem Tiegel erkalten lassen, in welch letzterem Falle der Guß infolge der Zusammenziehung Sprünge zeigt. Der konische Einguß kann dann umgeschmolzen und vor der Einführung in die Gußform normal hergerichtet werden.'Mixed aluminum powder. The mixture is then placed in a conical crucible transferred, which is lined with magnesia or clay. The mixture is on top ignited by means of a magnesium band or in any other suitable manner. Direct after the reaction, the alloy can either be poured out of the crucible or you can let them cool down in the crucible, in which case the Casting shows cracks as a result of the contraction. The conical sprue can then be remelted and normalized prior to insertion into the mold.

Derartige Legierungen müssen in Formen gegossen werden, welche eine langsame Abkühlung zulassen, wie beispielsweise in Formen aus Sand, Graphit oder Kohle; Kohle verdient hierbei vor den übrigen Materialien den Vorzug.Such alloys must be cast in molds that allow slow cooling allow, such as in molds made of sand, graphite or coal; Coal earned preference over the other materials.

Wird die obige Mischung benutzt, so erhält man einen Einguß, der etwa 75 Gewichtsteile beträgt und. nach der Analyse folgende Zusammensetzung zeigt: Aluminium 10,93; Silizium 4,96; Eisen 3,0; Zirkon 8,49; Nickel 73,12. Diese Zusammensetzung zeigt eine skleroskopische Härte von 85 bis 90 Prozent, besitzt jedoch nicht genügende Stärke, um als Schneidwerkzeug benutzt werden zu können; es muß daher noch mehr Nickel zugesetzt werden, damit die Härte vermindert wird, die Zähigkeit des Produktes aber sich erhöht.If the above mixture is used, a sprue that is about 75 parts by weight is obtained is and. after analysis shows the following composition: aluminum 10.93; silicon 4.96; Iron 3.0; Zircon 8.49; Nickel 73.12. This composition exhibits a scleroscopic hardness of 85 to 90 percent but not strong enough to be used as a cutting tool; it must therefore more nickel must be added so that the hardness is reduced, the toughness of the product increases.

Es werden deshalb 24 Prozent metallisches Nickel zugesetzt, wodurch man eine Härte von 63 Skleroskopien erhält, gleichzeitig aber auch ein Produkt von der erforderlichen Zähigkeit erzeugt. Eine 4 Prozent Wolfram enthaltende Legierung verlangt 72 Prozent einer Verbindung von obiger Zusammensetzung und 24 Prozent Nickel; eine 7 Prozent Wolfram enthaltende Legierung verlangt 70 Prozent obiger Legierung und 23 Prozent Nickel; eine 12 Prozent Wolfram enthaltende Legierung verlangt 68 Prozent der obigen Legierung und 20 Prozent Nickel.Therefore 24 percent metallic nickel is added, which gives a hardness of 63 scleroscopies, but at the same time a product of the required toughness generated. An alloy containing 4 percent tungsten requires 72 percent of a joint of the above composition and 24 percent nickel; one containing 7 percent tungsten Alloy requires 70 percent of the above alloy and 23 percent nickel; a 12 percent Tungsten-containing alloy requires 68 percent of the above alloy and 20 percent Nickel.

Die besten Legierungen der quaternären Verbindung erhält man durch Verwendung von ι bis 10 Prozent Silizium, 1 bis 12 Prozent Aluminium, ι bis 12 Prozent Zirkon bei gleicher Menge Nickel. Verbindungen dieser Art, welche ein Metall der Chromgruppe enthalten, können aus 1 bis 10 Prozent Süizium, 1 bis 12 Prozent Aluminium, 1 bis 20 Prozent Zirkon und ι bis 25 Prozent Wolfram bei gleichbleibendem Nickel und Kobaltgehalt zusammengesetzt werden.The best quaternary compound alloys are obtained by using ι up to 10 percent silicon, 1 to 12 percent aluminum, ι up to 12 percent zircon with the same amount of nickel. Connections of this kind, which contain a metal of the chromium group, from 1 to 10 percent silicon, 1 to 12 percent aluminum, 1 to 20 percent zirconium and ι to 25 percent tungsten all the same Nickel and cobalt content are composed.

Die untenstehende Übersicht zeigt derartige Legierungen von außerordentlich hoher Verwendbarkeit :The overview below shows such alloys that are extremely useful :

Aluminium etwa 8,36 7,92 7,70 7,48Aluminum about 8.36 7.92 7.70 7.48

Silizium .. - 3,80 3,60 3,50 3,40Silicon .. - 3.80 3.60 3.50 3.40

Zirkon ... - 6,84 6,48 6,30 6,12Zircon ... - 6.84 6.48 6.30 6.12

Nickel. ... - 81,00 78,00 75,50 71,00Nickel. ... - 81.00 78.00 75.50 71.00

Wolfram. . - — 4,00 7,00 12,00Tungsten. . - - 4.00 7.00 12.00

Claims

Patent claims:

1. Metal alloy, thereby marked, net that it consists of nickel in combination with zirconium, aluminum and silicon.

2. Alloy according to claim 1, consisting of nickel, cobalt, aluminum, silicon and ¹ Z ₂ to 15 percent zirconium.

3. Alloy according to claim i, consisting of nickel with V ₂ to 20 percent zirconium, ¹ Z ₂ to 12 percent aluminum, V2 to 10 percent silicon.

4. Alloy according to claim 1, consisting of nickel, zirconium, aluminum, silicon and a metal of the chromium group.

5. Alloy according to claim 1, consisting of nickel or cobalt with 1 to 10 percent silicon, ι to 12 percent aluminum, V2 to 20 percent zircon and 1 to 25 percent Tungsten.

For this 1 piece of putty drawings.