DE633869C

DE633869C - Verfahren zum Herstellen von eisen- und nickelhaltigen Legierungen mit niedrigem Ausdehnungskoeffizienten

Info

Publication number: DE633869C
Application number: DEW96204D
Authority: DE
Original assignee: Westinghouse Electric and Manufacturing Co
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1934-03-15
Filing date: 1935-03-16
Publication date: 1936-08-08

Description

Verfahren zum Herstellen von eisen- und nickelhaltigen Legierungen mit niedrigem Ausdehnungskoeffizienten Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von Eisen-Nickel-Legierungen von hoher Reinheit, insbesondere auf Legierungen mit niedrigem thermischem Ausdehnungskoeffizienten, die außerdem eine hohe Dehnbarkeit haben und gut warm verarbeitet werden können.
In gewissen Fällen der Anwendung von Legierungen mit niedrigem Ausdehnungskoeffizienten (Invarmetall) ist es erwünscht, ein Metall hoher Beständigkeit zu benutzen, d. h. ein Metall, das während seiner Anwendung seine physikalischen Eigenschaften und seine Länge nicht ändert. So wird beispielsweise die Genauigkeit der Grundlinien bei Vermessungen beeinträchtigt durch die Unbeständigkeit der meisten zur Verfügung stehenden Meßbänder. Eine Ursache dieser Unbeständigkeit ist bekanntlich die Anwesenheit von Verunreinigungen geringer Löslichkeit, z. B. die Anwesenheit von Stickstoff, Sauerstoff, Kohlenstoff und Schwefel in dem Metall, aus dem das Meßband gemacht ist.
Ein Metall mit geringem Ausdehnungskoeffizienten kann bekanntlich aus einer Legierung bestehen, die Eisen und Nickel von hoher Reinheit enthält und die außerdem auch Kobalt enthalten kann. Nach der Erfindung werden derartige Eisen-Nickel-Legierungen mit niedrigem Ausdehnungskoeffizienten in gesteigerter Reinheit hergestellt, und es wird dafür gesorgt, daß die Gehalte an Oxyden und anderen nicht metallischen Einschlüssen vermindert sind. Dabei muß auch der Schwefelgehalt herabgesetzt sein, und zwar auf einen Wert von unter o,oi%. Derartige Legierungen sind außer durch einen niedrigen Ausdehnungskoeffizienten und eine hohe Beständigkeit durch eine besonders gute Zähigkeit und durch die Eignung für Warmverarbeitung gekennzeichnet. Die Legierungen erhält man erfindungsgemäß auf folgende Weise: Zunächst werden die Ausgangsstoffe gereinigt, indem man die erforderlichen Metalle getrennt erhitzt. Das Erhitzen wird bei festem Zustand der Metalle vorgenommen, und zwar bei einer Temperatur von über iooo° C in einer wasserstoffhaltigen Atmosphäre. Die Erhitzungsdauer beträgt io bis 48 Stunden_ Nach dem Glühen werden die Metalle durch Zusammenschmelzen miteinander legiert. Dabei wird dafür gesorgt, daß die Schmelze vor Oxydation geschützt ist.
Zur Herstellung der Legierungen können Elektrolyteisen und -nickel vorteilhaft als Ausgangsstoffe benutzt werden, da durch die Elektrolyse Elemente hoher fester Löslichkeit und besonders solche, die die Ausdehnungseigenschaften des Metalles verschlechtern, entfernt werden. Die Anwendung von Elektrolytmetallen ist jedoch nicht unbedinggf-hotwendig, weil gute Ergebnisse auch mit nasch anderen Verfahrensgewonnenem Eisen, Nickel und Kobalt von verhältnismäßig hoher Reinheit erzielt werden können; z. B. sind als Aus,-, garigsstoffe auch Metalle geeignet, die ausf Carbonylen gewonnen worden sind. Die zur Herstellung der Legierung zu verwendenden Metalle sollen vorzugsweise -einen fein zerteilten Zustand aufweisen oder aber porös sein, z. B. ähnlich wie sie beim elektrolytischen Niederschlagen gewonnen werden. Das Reinigen der Metalle erfolgt durch Erhitzen im Wasserstoffgas bei Temperaturen, die zweckmäßig zwischen i ooo° C und 1300' C liegen. - Es wurde festgestellt, daß ein Erhitzen bei i 15o° C während einer Dauer von 2ö Stunden ausreichend ist. Dieses Verfahren beseitigt praktisch alle unerwünschten Elemente, wie Kohlenstoff, Sauerstoff, Stickstoff und Schwefel, aus dem elektrolytisch niedergeschlagenen Metall.
Das auf diese Weise behandelte Eisen und Nickel wird zusammengeschmolzen, und zwar vorzugsweise im Induktionsofen in einer Wasserstoffatmosphäre. Die Schmelze läßt man zweckmäßig in der gleichen Atmosphäre erstarren, so daß eine Aufnahme von Sauerstoff verhindert wird. Das auf diese Weise erzeugte Metall ist unter Umständen porös; aber das macht das Metall nicht unbrauchbar, weil infolge der Abwesenheit von Sauerstoff die verbliebenen Poren vollständig zusammenschweißen, wenn der Werkstoff geschmiedet oder anderweitig verarbeitet wird.
Anstatt das legierende Gut nach dem Reinigungsglühen in einer Wasserstoffatmosphäre zu schmelzen und es unter der gleichen Atmosphäre erstarren zu lassen, kann auch eine andere Behandlungsweise angewendet werden. Nachdem die Ausgangsstoffe in einer Wasserstoffatmosphäre geglüht worden. sind, können sie in Luft zusammengeschmolzen werden, vorzugsweise indem man auf das geschmolzene Metall in an sich bekannter Weise eine Schlackendecke bringt; die Schmelze wird dann in der üblichen Weise durch Silicium, Mangan, Aluminium oder mehrere dieser Mittel desoxydiert. Selbstverständlich sind auch andere Desoxydationsmittel anwendbar. Nach dem Desoxydieren wird das geschmolzene Metall in eine Form gegossen. Auf diese Weise hergestellte Legierungen können leicht geschmiedet und verarbeitet werden, weil der Schwefelgehalt niedrig ist. Der Schwefelgehalt kennzeichnet praktisch die Reinheit der Legierung. Mit dem oben beschriebenen Verfahren ist es möglich, den Schwefelgehalt unter o,oi% zu bringen. Eine typische Invarlegierung, die man durch das Verfahren nach der Erfindung erhält, hat beispielsweise folgende Zusammens4bung: 36,85% Nickel und Kobalt, o,ooofl/o ,#4Uailgan, o,o i i % Silicium, o,oo3 % Schwefel, p.öu@% Phosphor. Der Rest besteht aus eisen, Kupfer fehlt..
Das Verfahren nach der Erfindung ist auch bei anderen Legierungen anwendbar, von denen ,eine hohe Reinheit verlangt wird. Das ist z. B. -der Fall bei Eisen-Nickel-Kobalt-Legierungen, die mit Hartglas verschmolzen werden sollen, ferner bei Eisenlegierungen, die dem Stahl zum Zweck der Desoxydation beigefügt werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zum Herstellen von eisen-und nickelhaltigen Legierungen mit niedrigem Ausdehnungskoeffizienten, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsstoffe zunächst im festen Zustand in einer Wasserstoffatmosphäre bei einer Temperatur über iooo° C, insbesondere zwischen iooo° C und 130o° C, während einer Dauer von wenigstens i o Stunden geglüht werden und daß sie dann erst- durch Schmelzen miteinander legiert werden. z. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß als Ausgangsstoff eine Legierung von Eisen, Nickel und Kobalt verwendet und zu ihrer Herstellung Elektrolyteisen und gegebenenfalls auch Elektrolytnickel. benutzt wird. 3. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Abkühlen der Schmelze in wasserstoffhaltiger Atmosphäre, insbesondere in reinem Wasserstoff erfolgt. q.. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die aus Elektrolyteisen, -nickel und anderen reinen Metallen bestehenden Ausgangsstoffe in einer Wasserstoffatmosphäre bei einer Temperatur von ungefähr i i 5o° C 2o Stunden lang geglüht, dann eingeschmolzen und anschließend in einer Wasserstoffatmosphäre gekühlt werden. 5. Verfahren nach Anspruch i oder q., ; dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsstoffe zwischen io und 48 Stunden geglüht und nach dem Einschmelzen desoxydiert werden. 6. Die .Durchführung des Verfahrens _ nach Anspruch i bis 5, derart, daß der Schwefelgehalt in der fertigen Legierung unter o, o i o/o liegt.