DE3734056A1

DE3734056A1 - Ti-basislegierung fuer brillengestelle

Info

Publication number: DE3734056A1
Application number: DE19873734056
Authority: DE
Inventors: Hidemi Takahashi; Masayuki Takamura; Kenzaburou Iijima; Kazuo Kurahashi
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 1986-10-09
Filing date: 1987-10-08
Publication date: 1988-04-21

Description

Die Erfindung betrifft eine Ti-Basislegierung für Brillengestelle. Sie betrifft insbesondere eine Ti- Basislegierung mit verbesserten Eigenschaften, welche gut zum Gebrauch bei Brillengestellen geeignet ist.

Ti und Ti-Basislegierungen wurden wegen ihrer ausgezeichneten Korrosionsbeständigkeit, ihrem leichten Gewicht und ihrer hohen mechanischen Festigkeit zunehmend zur Herstellung von Brillengestellen verwendet. Die jüngste Entwicklung bei den Löt- und Plattierungstechniken hat ihr Eindringen in die Brillenindustrie weiter gefördert. Herkömmliche Ti-Basislegierungen, welche in diesem Bereich verwendet wurden, werden grob in drei Klassen eingeteilt, d. h. (α + β)-Typ, β-Typ und α-Typ. Der (α + β)-Typ hat die Zusammensetzung: Ti-6Al-4V oder Ti-3Al-2,5V, der b-Typ hat die Zusammensetzung: Ti-13V-11Cr-3Al, und der α-Typ hat die Zusammensetzung: Ti-5Al-2,5Sn.

Wenn diese herkömmlichen Ti-Basislegierungen für Brillgengestelle verwendet werden, haben sie jedoch entsprechende Nachteile. Der (α + β)-Typ besitzt eine ziemlich geringe Verformbarkeit und Eignung für Punktschweißung und ist schlecht zum Löten geeignet. Der β-Typ besitzt eine geringe Verformbarkeit und ist, als Folge davon, schlecht für eine feine Bearbeitung geeignet, welche bei der Herstellung von Brillengestellen notwendig ist. Bei einem vergrößerten β-Phasen-Bereich ist es nötig, eine große Menge von β-Stabilisierungselementen zuzugeben. Eine solche Zugabe neigt dazu, eine geringe Eignung zum Plattieren zu bewirken. Der α-Typ ist schlecht zu bearbeiten.

Gemäß der Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, eine Ti-Basislegierung zu schaffen, welche verschiedene ausgezeichnete Eigenschaften aufweist, wie ausgezeichnete Verformbarkeit mit guter Eignung zum Löten und Plattieren, welche gut für die Herstellung von Brillengestellen geeignet sind.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Ti-Basislegierung bis 5 Gew.-% Al, bis 5 Gew.-% Sn, bis 1,0 Gew.-% Si und Ti als Rest enthält, daß der Gesamtgehalt von mindestens einem der Elemente Al und Sn 0,01 Gew.-% oder mehr und der Gesamtgehalt von Al, Sn und Si 5 Gew.-% oder weniger beträgt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält die Ti-Basislegierung 0,01 bis 5 Gew.-% Al und Ti als Rest.

Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform enthält die Ti-Basislegierung 0,01 bis 4 Gew.-% Al, 0,01 bis 1,0 Gew.-% Si und Ti als Rest.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform enthält die Ti- Basislegierung 0,01 bis 4 Gew.-% Al, 0,01 bis 4 Gew.-% Sn und Ti als Rest.

Gemäß einer nochmals anderen Ausführungsform enthält die Ti-Basislegierung 0,01 bis 4 Gew.-% Al, 0,01 bis 4 Gew.-% Sn, 0,01 bis 1,0 Gew.-% Si und Ti als Rest.

Gemäß einer nochmals anderen Ausführungsform enthält die Ti-Basislegierung 0,01 bis 5 Gew.-% Sn und Ti als Rest.

Gemäß der Erfindung sollte das Gehaltsverhältnis von Al bis 5 Gew.-% betragen, vorzugsweise sollte es in einem Bereich von 0,01 bis 4 Gew.-% liegen. Al wird mit Ti über eine feste Lösung gemischt und verstärkt die Matrix, wobei es die Elastizität der Legierung erhöht. Diese Erhöhung der Elastizität ist nicht merkbar, wenn dessen Gehaltsverhältnis unter 0,01 Gew.-% sinkt. Jede Zugabe über 5 Gew.-% hinaus verringert die Verformbarkeit der Legierung.

Einschlüsse von Verunreinigungen wie O, N, Fe und H, sollten unter 1 Gew.-% gehalten werden.

Wenn Al im oben beschriebenen Gehaltsverhältnis zugegeben wird, ist die daraus folgende Elastizität viel höher als die von reinem Ti, und die Verformbarkeit und Eignung von Ti wird beibehalten. Da keine Zugabe von Stabilisierungselementen benötigt wird, im Gegensatz zum Fall des oben beschriebenen β-Typs, kann die Eignung des reinen Ti zum Löten auch aufrechterhalten werden.

Gemäß der Erfindung sollte das Gehaltsverhältnis von Si bis 1,0 Gew.-% betragen, vorzugsweise sollte es in einem Bereich von 0,01 bis 1,0 Gew.-% liegen. Wenn das Gehaltsverhältnis von Si 1,0 Gew.-% oder weniger beträgt, wird die Elastizität der Legierung stark erhöht ohne Verringerung der Verformbarkeit.

Gemäß der Erfindung sollte das Gehaltsverhältnis von Sn bis 5 Gew.-% betragen, vorzugsweise sollte es in einem Bereich von 0,01 bis 4 Gew.-% liegen. Sn wird mit Ti über eine feste Lösung gemischt und verstärkt die Matrix, wobei es die Elastizität der Legierung erhöht. Diese Erhöhung der Elastizität ist nicht bemerkbar, wenn dessen Gehaltsverhältnis unter 0,01 Gew.-% sinkt. Jede Zugabe über 5 Gew.-% hinaus verringert die Verformbarkeit der Legierung.

Beispiel 1

Legierungsproben mit den Nummern 1 bis 23 wurden hergestellt, wobei jede eine der Zusammensetzungen, welche in Tabelle 1 angegeben sind, hat.

Tabelle 1

In der Tabelle gibt R Verunreinigungen an, welche O, N, Fe und H enthalten.

Zur Herstellung jeder Legierungsprobe wurde ein Materialblock einem Vakuumgießverfahren und Walzen unterworfen um einen Draht mit 3,0 mm Durchmesser zu ergeben, welcher anschließend geglüht wurde. Beim Glühen wurde der Draht 30 min. bei 700°C in einer hoch reinen Ar- Umgebung erhitzt und danach langsam abgekühlt.

Aus dem gleichen Materialblock wurde ein gewalzter Draht mit 2,6 mm Durchmesser hergestellt, und daraus wurde durch Pressen ein Probeband hergestellt. Das Probeband war 0,5 mm dick, 3,1 mm breit und 150 mm lang. Das Probeband wurde an einem Ende in Form eines Auslegers gehalten, welcher eine Spannweite von 100 mm hat. Das freie Ende des Probebandes wurde abgebogen mit Biegewinkeln von 30 bzw. 60 Grad, um den Grad der Rückkehr der Feder in den ursprünglichen Zustand zu messen, welcher in Form des Verhältnisses des Rückkehrwinkels zum Biegewinkel gegeben ist. Das Biegungsmoment des Probebandes wurde auch gemessen. Die Ergebnisse dieser Messungen sind in Tabelle 2 dargestellt.

Aus dem gleichen Material wurde durch Pressen ein Probeband von 1 mm Dicke und 30 mm Länge hergestellt. Zwei Probebänder wurden aufeinander gelegt und einem Punktschweißungstest unterzogen, in welchem die Probebänder nach dem Schweißen zur Messung der Schweißungsstärke getrennt wurden. Die Ergebnisse des Tests sind ebenfalls in Tabelle 2 dargestellt. In der Tabelle bedeutet ○, daß die Schweißungsstärke der Probe fast die gleiche wie bei reinem Ti war, ∆ bedeutet, daß die Schweißungsstärke der Probe beim tatsächlichen Gebrauch akzeptabel war, obwohl sie niedriger war als die von reinem Ti, und × bedeutet, daß die Schweißungsstärke der Probe zu niedrig war, um im wirklichen Gebrauch akzeptiert zu werden. Zum Punktschweißen mit einer hoch reinen Ar-Schutzgashülle wurde eine Cr-Cu-Elektrode mit 3,5 mm Spitzendurchmesser verwendet. Das Punktschweißen wurde mit einem Strom von 6000 A bei 300 kg Druck durchgeführt.

Tabelle 2

Durch die Ergebnisse, welche in Tabelle 1 dargestellt sind, wurd bestätigt, daß eine Erhöhung des Al-Gehalts die Zugfestigkeit erhöht, aber die Dehnung im Falle der Proben Nr. 1 bis 8 erniedrigt, bei welchen Al zu Ti hinzugefügt wurde. Es wird ferner durch die Ergebnisse in Tabelle 2 bestätigt, daß im Falle dieser Proben eine Erhöhung des Al- Gehalts die Elastizität der Legierung erhöht. Im Fall der Probe Nr. 8, bei welcher 5 Gew.-% Al hinzugefügt wurden, ist das Ergebnis des Punktschweißens nicht so gut wie bei anderen Proben. Aus Tabelle 1 geht ferner hervor, daß die Zugfestigkeit der Proben Nr. 1 bis 8 höher ist als die von reinem Ti. Tabelle 2 zeigt deutlich, daß ihre Elastizitäten besser sind als die von reinem Ti. Aus diesen Analysen erfährt man, daß das angegebene Gehaltsverhältnis von Al in der Legierung zu einer bevorzugten Zugfestigkeit und Dehnung führt, welche gut für Brillengestelle geeignet ist.

Die Ergebnisse aus Tabelle 1 bestätigen auch, daß eine Erhöhung des Si-Gehalts die Zugfestigkeit erhöht, aber die Dehnung in den Fällen der Proben Nr. 9 bis 20, in welchen Al und Si zu Ti zugegeben wurde, erniedrigt. Es wird ferner durch die Ergebnisse in Tabelle 2 bestätigt, daß im Falle dieser Proben eine Erhöhung des Gehalts von Al und Si die Elastizität der Legierungen erhöht. Alle Proben zeigen gute Ergebnisse beim Punktschweißen. Im Falle der Probe Nr. 20, bei welcher 4 Gew.-% Al und 1,0 Gew.-% Si zugegeben wurden, ist das Ergebnis der Punktschweißung nicht so gut wie bei anderen Proben. Im Falle der Probe Nr. 21, bei welcher 5 Gew.-% Al und 1 Gew.-% Si zugegeben wurden, ist die Dehnung sehr niedrig und das Ergebnis der Punktschweißung ist nicht so gut wie bei anderen Proben. Aus diesen Analysen erfährt man, daß das angegebene Gehaltsverhältnis von Si in Verbindung mit dem angegebenen Gehaltsverhältnis von Al eine bevorzugte Zugkraft, Elastizität und gute Eignung zum Punktschweißen erzielt.

Beispiel 2

Legierungsproben Nr. 24 bis 40 wurden in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, wobei jede eine der Zusammensetzungen, welche in Tabelle 3 dargestellt sind, hat. Verschiedene Messungen wurden in der gleichen Weise wie bei Beispiel 1 durchgeführt, und die Ergebnisse sind in den Tabellen 3 bzw. 4 angegeben.

Tabelle 3

Tabelle 4

Die Ergebnisse, welche in Tabelle 3 dargestellt sind, bestätigen, daß eine Erhöhung des Gehalts von Al und Sn die Zugfestigkeit erhöht, aber die Dehnung in den Fällen der Proben Nr. 24 bis 26 und 28 bis 30, in welchen Al und Sn zu Ti zugegeben wurden, erniedrigt. Es wird ferner durch die Ergebnisse in Tabelle 4 bestätigt, daß im Falle dieser Proben eine Erhöhung des Gehalts von Al und Sn die Elastizität der Legierung erhöht. Im Falle der Probe Nr. 27, welche 5 Gew.-% Al, und der Probe Nr. 31, welche 5 Gew.- % Sn enthält, sind die Ergebnisse des Punktschweißens nicht so gut wie bei anderen Proben. Aus Tabelle 3 geht ferner hervor, daß die Zugfestigkeit der Proben Nr. 24 bis 26 und 28 bis 30 höher ist als bei reinem Ti. Tabelle 4 zeigt deutlich, daß ihre Elastizitäten besser sind als die von reinem Ti. Aus diesen Analysen erfährt man, daß das angegebene Gehaltsverhältnis von Sn in Verbindung mit dem angegebenen Gehaltsverhältnis von Al eine bevorzugte Zugfestigkeit und Dehnung ergibt, welche gut für Brillengestelle und gut zum Punktschweißen geeignet sind.

Durch die Ergebnisse in Tabelle 3 wird auch bestätigt, daß eine Erhöhung des Gehalts an Si oder Sn die Zugfestigkeit erhöht, aber die Dehnung im Falle der Proben Nr. 32 bis 37, bei welchen Al, Sn und Si zu Ti zugegeben wurden, erniedrigt. Durch die Ergebnisse in Tabelle 4 wird ferner bestätigt, daß im Falle dieser Proben eine Erhöhung des Gehaltes von Al, Sn und Si die Elastizität der Legierung erhöht mit guten Ergebnissen beim Punktschweißen. Im Falle der Probe Nr. 38, welche 1,00 Gew.-% Al, 5,00 Gew.-% Sn und 0,20 Gew.-% Si, und der Probe Nr. 40, welche 5,00 Gew.-% Al und 25 Gew.-% Sn enthält, sind die Ergebnisse des Punktschweißens nicht so gut wie bei anderen Proben. Aus Tabelle 3 geht ferner hervor, daß die Zugfestigkeit der Proben Nr. 32 bis 37 höher ist als die von reinem Ti.

Tabelle 4 zeigt deutlich, daß ihre Elastizitäten besser sind als die von reinem Ti. Aus diesen Analysen erfährt man, daß die kombinierten, angegebenen Gehaltsverhältnisse von Al, Sn und Si eine bevorzugte Zugfestigkeit und Dehnung ergeben, welche gut für Brillengestelle und für Punktschweißung geeignet sind.

Claims

1. Ti-Basislegierung für Brillengestelle, dadurch gekennzeichnet, daß sie bis 5 Gew.-% Al, bis 5 Gew.-% Sn, bis 1,0 Gew.-% Si und Ti als Rest enthält, daß der Gesamtgehalt von mindestens einem der Elemente Al und Sn 0,01 Gew.-% oder mehr und der Gesamtgehalt von Al, Sn und Si 5 Gew.-% oder weniger beträgt.

2. Ti-Basislegierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie 0,01 bis 5 Gew.-% Al enthält.

3. Ti-Basislegierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie 0,01 bis 1,0 Gew.-% Si in Kombination mit 0,01 bis 4 Gew.-% Al enthält.

4. Ti-Basislegierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie 0,01 bis 4 Gew.-% Sn in Kombination mit 0,01 bis 4 Gew.-% Al enthält.

5. Ti-Basislegierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie 0,01 bis 4 Gew.-% Sn und 0,01 bis 1,0 Gew.-% Si in Kombination mit 0,01 bis 4 Gew.-% Al enthält.

6. Ti-Basislegierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie 0,01 bis 5 Gew.-% Sn enthält.