DE3616652A1

DE3616652A1 - Verbessertes hartloet-material fuer ti-teile und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE3616652A1
Application number: DE19863616652
Authority: DE
Inventors: Kazuo Kurahashi; Hidemi Hamamatsu Shizuoka Takahashi
Original assignee: Nippon Gakki Seizo Hamamatsu Shizuoka KK; Nippon Gakki Co Ltd
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 1985-05-25
Filing date: 1986-05-16
Publication date: 1986-11-27
Also published as: JPH0370598B2; FR2582240B1; JPS61269997A; FR2582240A1

Description

&16652

-4-Beschre ibung

Die Erfindung betrifft ein verbessertes Hartlot-Material für Ti-Teile und ein Verfahren zu ihrer Herstellung, sie betrifft insbesondere eine Verbesserung in bezug auf die Bearbeitungsdauer und Festigkeit beim Hartlöten von überwiegend aus Ti bestehenden Teilen für Brillengestelle.

Ein typisches konventionelles Hartlot-Material für Ti-Teile von Brillengestellen umfaßt ein Ti-Kernband bzw. -bügel, das (der) von einer Ni-Cu-Legierungs-Hülle umgeben ist. Bei einem Hartlötverfahren wird ein solches Hartlöt-Material zwischen die miteinander zu verlötenden Teile gelegt für die anschließende gleichzeitige Erhitzung, woran sich das Erstarrenlassen durch Abkühlen anschließt.

In diesem Falle wird jedoch in der Regel eine Erhitzungstemperatur von etwa 900 C angewendet. Während der Schmelzpunkt für Ti 1 668°C beträgt, beträgt er für Ni 1 458°C

und für Cu 1 O83°C. Wegen dieser signifikanten Differenz zwischen den Schmelzpunkten der Komponenten-Metalle und der Erhitzungstemperatur beim Hartlöten ist das Löten beendet, bevor der Ti-Kern und die Ni-Cu-Legierungs-Hülle sich durch Schmelzen ausreichend gemischt haben. Diese unzureichende Durchmischung zwischen dem Kern und der Hülle wird weiter gefördert durch den verhältnismäßig großen Querschnitts-Oberflächen-Anteil des Ti-Kerns in dem Hartlöt-Material. Dieses unzureichende Mischen des Kerns mit der Hülle beim Hartlöten führt zu einer schwerwiegenden Herabsetzung der resultierenden Hartlot-Festigkeit.

Bei einem anderen Hartlot-Verfahren werden die miteinander zu verlötenden Teile vorher erhitzt und das vorstehend beschriebene Hartlot-Material wird unter Druck zwischen die erhitzten Teile eingeführt. Da der Ti-Kern aus den vorstehend angegebenen Gründen nicht ausreichend schmilzt, schmilzt in diesem Falle nur die Hülle, wobei

sie auf den ünterseitenteil fließt, und der Ti-Kern bleibt ungeschmolzen. Infolgedessen kann sich die geschmolzene Hülle nicht ausreichend verteilen, so daß keine gleichmäßige Verlötung innerhalb eines kurzen Zeitraums möglich ist.

Es wäre denkbar, eine Ti-Legierung zu verwenden, die Ni und Cu enthält. Eine solche Ti-Legierung ist jedoch zu hart und zu spröde, um einem Drahtziehen und Walzen unterworfen werden zu können, wie sie für die Herstellung von Brillengestellen unerläßlich sind.

A. Ziel der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Hartlöt-Material zu schaffen, das eine hohe Hartlöt-Festigkeit und eine kurze Arbeitsdauer beim Hartlöten gewährleistet.

Gemäß einem Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Hartlot-Material, das eine Vielzahl von langgestreckten, überwiegend aus Ti bestehenden Kernen, die in der Längsrichtung ausgerichtet sind, und eine langgestreckte Cu-Ni-Legierungs-Hülle umfaßt, welche die überwiegend aus Ti bestehenden Kerne vollständig umgibt.

Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren, bei dem ein überwiegend aus Ti bestehender Kernstab in eine Cu-Ni-Legierungs-Mantelumhüllung eingeführt wird und beide einer Querschnitts-Ober flächenreduktion unterworfen werden zur Herstellung eines Komponentendrahtes, wonach eine Vielzahl von Komponentendrähten in einer Cu-Ni-Legierungs-Hülle eingeführt wird und beide einer Querschnitts-Oberflächenreduktion unterzogen werden zur Herstellung eines Rohdrahtes. Schließlich wird der Rohdraht einer plastischen Verformung unterworfen zur Herstellung eines plattenförmigen Hartlot-Materials.

Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

<J> Fig. 1 eine perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen Hartlot-Materials, teilweise im Schnitt, und

Fig. 2 bis 5 perspektivische Ansichten verschiedener Stufen des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens.

Eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen HartlÖt-Materials ist in der Fig. 1 dargestellt, in der das Hartlot-Material A eine plattenförmige Konfiguration hat wie die konventionellen Materialien. Das Hartlot-Material A umfaßt eine Vielzahl von langgestreckten, überwiegend aus Ti bestehenden Kernen 11, die in der Längsrichtung ausgerichtet sind, und eine langgestreckte Cu-Ni-Legierungs-Hülle 10, welche die überwiegend aus Ti bestehenden Kerne 11 vollständig umgibt.

Der überwiegend aus Ti bestehende Kern 11 kann bis zu 40 Gew.-% eines oder mehrerer der Elemente Ni, Cu, Cr, Mo, Al, Zr, Sn und V enthalten.

Die Cu-Ni-Hülle 10 sollte vorzugsweise 0,02 bis 8 Gew.-% eines oder mehrerer der Elemente B, Zr, Si, Sn, Al und Be enthalten.

Gemäß einem Beispiel kann das Hartlot-Material enthalten Q₀ 50 bis 75 Gew.-% Ti, 10 bis 20 Gew.-% Ni und 10 bis 20 Gew.-% Cu. Gemäß einem weiteren Beispiel kann das Hartlöt-Material enthalten 50 bis 75 Gew.-% Ti, 10 bis 20 Gew.-% Ni, 10 bis 20 Gew.-% Cu und 0,01 bis 3 Gew.-% eines der Elemente B, Zr und Si. Anstelle dieses Einzel gehalgg tes können auch 0,02 bis 5 Gew.-% von zweien der Elemente B, Zr und Si darin enthalten sein.

Ein solches Hartlot-Material wird nach einem Verfahren hergestellt, wie es in den Fig. 2 bis 5 erläutert ist. Zuerst wird, wie in der Fig. 2 dargestellt, ein überwiegend aus Ti bestehender Kern 11, der die Form eines kreisförmigen Stabes hat, in eine rohrförmige Cu-Ni-Legierungs-Mantelumhüllung 12 eingeführt. Wie die in Fig. 1 angegebene Hülle 10 kann auch hier die Cu-Ni-Legierung für die Mantelumhüllung 12 0,02 bis 8 Gew.-% eines oder mehrerer der Elemente B, Zr, Si, Sn, Al und Be enthalten. Eine solche Kern-Mantelumhüllungs-Kombination wird dann einer Querschnitts-Oberflächenreduktion, beispielsweise einer hydrostatischen Extrusion, unterworfen, zur Herstellung eines Komponentendrahtes 13, wie er in der Fig. 3 dargestellt ist. Diese Querschnitts-Oberflächenreduktion kann sehr glatt durchgeführt werden, da der überwiegend aus Ti bestehende Kern 11 und die Cu-Ni-Legierungs-Mantelumhüllung 10 beide für die plastische Verformung geeignet sind. Eine Vielzahl von Komponenten-Drähten 13 wird, wie in Fig. 4 dargestellt, in eine rohrförmige Cu-Ni-Legierungshülle 14 eingeführt und die Kern-Hüllen-Kombination wird dann einer Querschnitts-Öberflächenreduktion, beispielsweise einer hydrostatischen Extrusion, unterworfen, zur Herstellung eines Rohdrahtes 15, wie er in Fig. 5 dargestellt ist. Der Durchmesser dieses Rohdrahtes 15 sollte 0,5 mm oder weniger betragen. Wenn der Durchmesser oberhalb dieses obengenannten Grenzwertes liegt, ist der Oberflächenkontakt der überwiegend aus Ti bestehenden Kerne 11 mit dem umgebenden Metall nicht groß genug, verglichen mit den konventionellen Hartlöt-Materi-

gQ alien. Der Durchmesser des überwiegend aus Ti bestehenden Kerns 11 und die Querschnitts-Oberflächenreduktionsraten müssen bei den Reduktionen von diesem Gesichtspunkt aus betrachtet in geeigneter Weise ausgewählt werden.

gc Schließlich wird eine plastische Verformung, wie z.B. ein Walzen, auf den Rohdraht 15 angewendet, um ihn in eine plattenartige Konfiguration zu bringen, wie sie in Fig. dargestellt ist.

-δι Wenn das erfindungsgemäße Hartlot-Material A zum Hartlöten verwendet wird, fördert das Erhitzen eine schnelle wechselseitige Schmelzdiffusion von Ti, Cu und Ni, wodurch der Arbeitszeitraum signifikant verkürzt wird. Dies ist darauf zurückzuführen, daß der Oberflächenkontakt des überwiegend aus Ti bestehenden Kerns 11 mit der Cu-Ni-Legierungs-Mantelumhüllung 12 weit größer ist als bei den konventionellen Hartlot-Materialien, wodurch die Diffusion von Ti erleichtert wird.

-

Zusätzlich zur verkürzten Arbeitsdauer ergibt eine glatte wechselseitige Diffusion eine einheitliche Zusammensetzung am Hartlötungspunkt, wodurch die Festigkeit der Hartlötung auch stark erhöht wird.

Bei einer anderen Ausführungsform kann eine Vielzahl von Rohdrähten 15 wiederum in eine Cu-Ni-Legierungshülle eingeführt werden, die dann einer Querschnitts-Oberflächenreduktion unterworfen wird. Anstelle einer einzigen axialen Bohrung kann die Cu-Ni-Legierungs-Mantelumhüllung 12 mehrere axiale Bohrungen für die Aufnahme jeweils eines oder mehrerer Ti-Kerne 11 aufweisen.

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

Beispiel 1

Ein Ti-Kern wurde in eine Legierungs-Mantelumhüllung mit einem Außendurchmesser von 60 mm und einem Innendurchmesser von 52 mm und einer Länge von 1 000 mm eingeführt. Die Legierung enthielt 50 Gew.-% Ni und 50 Gew.-% Cu. Die Kern-Mantelumhüllungs-Kombination wurde dann einer hydrostatischen Extrusion unterworfen, wobei man einen Komponentendraht mit einem Durchmesser von 2 mm erhielt. Anschließend wurden 670 Komponenten-Drähte in eine Legierungs-Hüllen-Rohrleitung mit einem Außendurchmesser von

60 mm, einem Innendurchmesser von 56 mm und einer Länge von 1 000 mm eingeführt. Die Legierung enthielt 50 Gew.-% Ni und 50 Gew.-% Cu. Die Draht-Hüllen-Kombination wurde einer hydrostatischen Extrusion unterworfen, wobei man einen Draht mit einem Durchmesser von 25 mm erhielt. Der Draht wurde dann einer Drahtziehung unterworfen, wobei man einen Rohdraht mit einem Durchmesser von 1 mm erhielt. Durch weitere Anwendung des Walzens erhielt man ein Hartlöt-Material-Band mit einer Breite von 2,0 mm und einer Dicke von 0,2 mm.

Das so erhaltene Hartlöt-Band wurde zu 5 mm langen Stücken zerschnitten und die Stücke wurden in einem Paar von horizontalen Ti-Platten mit einer Breite von 20 mm, einer Dicke von 1 mm und einer Länge von 100 mm eingeklemmt. Die Kombination wurde in einer Hochfrequenz-Heizvorrichtung von MHz, 8 kW Output erhitzt zur Bestimmung der Arbeitsdauer beim Hartlöten und der Hartlot-Festigkeit nach dem Abkühlen .

Zu Vergleichszwecken wurde ein konventionelles Hartlot-Material hergestellt unter Verwendung von Ti für den flachen Kern und einer Ni-Cu-Legierung für die Mantelumhüllung, die den flachen Kern umgibt, und 5 mm lange Stücke wurden zwischen ein Paar von Ti-Platten geklemmt und anschließend unter den gleichen Bedingungen,wie sie oben für die erfindungsgemäße Probe angewendet wurden, erhitzt. Die Ergebnisse der Messungen sind in der folgenden Tabelle angegeben.

Tabelle

	erfindungsgemäß	konventionelle Probe
Arbeitsdauer in sec.	12	30
Hartlöt-Festig keit in MPa If	250	274

Die vorstehenden Daten zeigen eindeutig, daß erfindungsgemäß eine kürzere Arbeitsdauer beim Hartlöten und höhere Hartlötfestigkeiten erzielt werden, verglichen mit dem konventionellen Beispiel.

Beispiel 2

3 Ti-Komponenten-Drähte mit einem Durchmesser von 2 mm wurden in eine Legierungs-Mantelumhüllungs-Rohrleitung mit einem Außendurchmesser von 4,5 mm und einem Innendurchmesser von 4,2 mm eingeführt. Die Legierung enthielt 50 Gew.-% Ni und 50 Gew.-% Cu zur Herstellung eines Hartlöt-Material-Bandes, wie in Fig. 1 dargestellt. Die Arbeitsdauer beim Hartlöten betrug 23 Sekunden und die Hartlötfestigkeit betrug 320 MPa.

Wie aus den vorstehenden Beispielen ersichtlich, wird eine Cu-Ni-Legierung als Manteluinhüllungsmaterial verwendet. Es können aber auch andere Metalle anstelle der Cu-Ni-Legierung verwendet werden, solange sie Schmelzpunkte haben, die niedriger sind als diejenigen der überwiegend aus Ti bestehenden Kerne.

Claims

Patentansprüche 25 30 35

1. Verbessertes Hartlot-Material, gekennzeichnet durch

eine Vielzahl von langgestreckten, überwiegend aus Ti bestehende Kernen(11), die in der Längsrichtung des Hartlot-Materials ausgerichtet sind,

eine Vielzahl von Mantelumhüllungen (12) , die jeweils einen der entsprechenden, überwiegend aus Ti bestehenden Kerne (11) umgeben, und

eine langgestreckte Hülle (10), welche die Kombination aus der Vielzahl von überwiegend aus Ti bestehenden Kernen (11) und Mantelumhüllungen (12) als ein einziger Körper umgibt, wobei die Mantelumhüllungen (12) und die Hülle (10) aus einem Metall bestehen, dessen Schmelzpunkt niedriger ist als derjenige der überwiegend aus Ti bestehenden Kerne (11).

2. Verbessertes Hartlot-Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der überwiegend aus Ti bestehende Kern (11) bis zu 40 Gew.-% mindestens eines der Elemente Ni, Cu, Cr, Mo, Al, Zr, Sn und V enthält.

3. Verbessertes Hartlot-Material nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mantelumhüllungen (12) und die Hülle (10) aus einer Cu-Ni-Legierung bestehen, die 0,02 bis 8 Gew.-% mindestens eines der Elemente B, Zr, Si, Sn, Al und Be enthält.

4. Verbessertes Hartlot-Material nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es jeweils enthält

50 bis 75 Gew.-% Ti,

10 bis 20 Gew.-% Ni und
10 bis 20 Gew.-% Cu.

5. Verbessertes Hartlot-Material nach einem der Ansprüehe 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß es enthält 50 bis 75 Gew.-% Ti
10 bis 20 Gew.-% Ni,
10 bis 20 Gew.-% Cu und

0,02 bis 5 Gew.-% mindestens eines der Elemente B, Zr und Si.

6. Verbessertes Hartlot-Material nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß es 0,01 bis 3 Gew.-% eines der Elemente B, Zr und Si enthält.

7. Verbessertes Hartlot-Material nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des überwiegend aus Ti bestehenden Kerns (11) 0,5 mm oder weniger beträgt.

8. Verfahren zur Herstellung eines verbesserten Hartlot-Materials, insbesondere eines solchen nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß es die folgenden Stufen umfaßt:

Einführen eines überwiegend aus Ti bestehenden Kernstabes in eine Mantelumhüllung, deren Schmelzpunkt niedriger ist als derjenige der überwiegend aus Ti bestehenden Kerne, Durchführung einer Querschnitts-Oberflächenreduktion bei einer solchen Kern-Mantelumhüllungs-Kombination zur Herstellung eines Komponentendrahtes, Einführung einer Vielzahl dieser Komponentendrähte in eine Hülle, deren Schmelzpunkt niedriger ist als derjenige der überwiegend aus Ti bestehenden Kerne, Durchführung einer Querschnitts-Oberflächenreduktion bei einer solchen Drähte-Hüllen-Kombination zur Herstellung eines Rohdrahtes und

Durchführung einer plastischen Verformung mit dem Rohdraht zu einem Band.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Mantelumhüllung aus einer Cu-Ni-Legierung besteht, die 0,02 bis 8 Gew.-% mindestens eines der Elemente B, Zr, Si, Sn, Al und Be enthält.