DE645471C - Verfahren zur Verbesserung der Bearbeitbarkeit einer Eisen-Nickel-Aluminium-Legierung - Google Patents

Description

Werden Legierungen, die Eisen als Hauptbestandteil, 7 bis 40 °/₀ Nickel, 3 bis 20 % Aluminium enthalten, nach einem der üblichen Formgießverfahren, beispielsweise Sandguß oder Kokillenguß, vergossen, so werden Gußstücke erhalten, die sehr schlecht bearbeitbar sind. Die Gußstücke können zwar geschliffen werden, jedoch lassen sie eine spanabhebende Bearbeitung nicht zu.

Eine gute Bearbeitbarkeit der in Frage stehenden Legierungen ist aber oft sehr erwünscht. Insbesondere wird durch eine gute Bearbeitbarkeit der in Formen vergossenen Legierungen die Herstellung von Magneten wesentlich erleichtert oder überhaupt erst ermöglicht. Der letztere Fall tritt ein, wenn der Magnet eine Gestalt erhalten soll, die auf dem Wege des Formgusses allein nicht verwirklicht werden kann und für deren Verwirklichung eine gute mechanische Bearbeitbarkeit des gegossenen Magnetrohlings Voraussetzung ist.

Versuche haben ergeben, daß die Bearbeitbarkeit der erwähnten Eisen-Nickel-Aluminium-Legierungen um so besser ist, je größer das Verhältnis der in der Legierung vorhandenen Menge an y-Mischkristallen zu der in der Legierung vorhandenen Menge an x-Mischkristallen ist. Ausgehend von dieser Erkenntnis ist ein Wärmebehandlungsverfahren zur Erzeugung eines größtmöglichen Anteils der Legierung an ^-Mischkristallen entwickelt worden, und zwar wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, zur Verbesserung der Bearbeitbarkeit einer Eisen-Nickel-Aluminium-Legierung mit Eisen als Hauptbestandteil, 7 bis 40 °/o Nickel, 3 bis 20 % Aluminium die Legierung auf eine Temperatur, die über /OO^UC und unter dem Schmelzpunkt der Legierung liegt, zu bringen, gegebenenfalls bei dieser Temperatur eine Zeitlang zu halten und alsdann in der Weise abzukühlen, daß die mittlere Geschwindigkeit der Abkühlung in dem Temperaturgebiet zwischen der Temperatur der α —> y-Umwandlung und 500⁰C weniger als 5°C/Minute, vorzugsweise etwa i^C/Minute, beträgt.

Für die Durchführung des Verfahrens ist es ohne wesentliche Bedeutung und hängt von den jeweiligen Betriebsverhältnissen ab, auf welchem Wege die Legierung auf diejenige Temperatur, von der aus in geregelter Weise abgekühlt werden soll, gebracht wird. Es ist sowohl möglich, erkaltete Gußstücke bis auf diese Temperatur zu erwärmen, als auch beim Abkühlen einer in Formen gegossenen Schmelze diese Temperatur abzupassen. Das letztere Verfahren kann z. B. so durchgeführt werden, daß die Legierung in Sandformen vergossen wird und die auf die betreffende Temperatur in der Form abgekühlten Gußstücke aus der Form entfernt und in besonderen Öfen weiterbehandelt werden.

Das Verfahren gemäß der Erfindung wird beispielsweise im folgenden an Hand einer Abbildung erläutert. Die Abbildung stellt einen Schnitt gleichbleibenden Aluminiumgehaltes (12,5% Aluminium) des Systems

Eisen-Nickel-Aluminium dar. Auf der Ordinate ist die Temperatur in Graden Celsius aufgetragen, auf der Abszisse der Nickel^ gehalt in Gewichtsprozenten der Legierung Überhalb der Liquiduslinie α findet sich reinef Schmelze vor (Gebiet S). Zwischen der Liquiduslinie α und der Soliduslinie b ist Schmelze plus α-Mischkristalle beständig. Unterhalb der Soliduslinie b und oberhalb

to der Linie c der α — *- y-Umwandlung besteht die Legierung ausschließlich aus α-Mischkristallen (Gebiet A). Unterhalb der Linie c der et — > y-Umwandlung besteht die Legierung aus α-Mischkristallen und /-Mischkristallen (Gebiet B).

' Die in üblicher Weise vergossenen Legierungen enthalten im wesentlichen a-Mischanderem durch die Arbeit von W. Köster, * Archiv für das Eisenhüttenwesen (7), 1933/34, .257/262. Soweit diese Temperaturen für e bestimmte Legierung nicht bekannt sind, '65 en sie sich leicht auf bekannte Weise ertteln. Beispielsweise kann die Temperatur der et —ν y-Umwandlung nach dem statischen Verfahren festgestellt werden, indem der für eine bestimmte Temperatur beständige Zu- 7» stand durch Glühen der Legierung bei» dieser Temperatur herbeigeführt und nach rascher Abkühlung der Probe das Gefüge derselben, mikroskopisch untersucht wird. Ausgehend von höheren zu niederen Temperaturen ist dann diejenige Temperatur die Temperatur \._t der α —>- γ-Umwandlung, bei der zum ersten Mal neben α-Mischkristallen auch y-Mischkristalle vorgefunden werden.

Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung Ie

auf die es erhitzt

kristalle und gegebenenfalls noch einen geringen Anteil an /-Mischkristallen. Jedoch [

ao ist der Gehalt der auf üblichem Wege ver- wird das Gußstück vor der Abkühlung gegossenen Legierung an /-Mischkristallen gebenenfalls eine Zeitlang auf derjenigen auch bei den Gießverfahren mit langsamer Abkühlung und daher geringen Abkühlungsgeschwindigkeiten stets so niedrig, daß das

Gußstück sich nicht spanabhebend bearbeiten läßt.

Während theoretisch die Möglichkeit besteht, in dem gesamten unterhalb der Linie c liegenden Gebiet B durch Glühen der Legierung die für die betreffende Legierung größtmögliche Ausbildung der /-Phase zu bewirken, spielt mit Rücksicht auf die Zeiträume, die für die Durchführung eines technischen Verfahrens zur Verfügung stehen, lediglich derjenige Teil des Gebietes B eine Rolle,, der

über 500⁰ C liegt.

Innerhalb des Gebietes, das nach oben durch die Linie c der α — >■ y-Umwandlung und nach unten durch die Waagerechte für die Temperatur 500⁰ C begrenzt ist, wird nun gemäß der Erfindung die mit der Ausscheidung von /-Phase verbundene Verbesserung der Bearbeitbarkeit der Legierung durch das Einhalten einer bestimmten Abkühlungsgeschwindigkeit beim Abkühlen der heißen Legierung erzielt, und zwar soll die Geschwindigkeit der Abkühlung in dem besagten Gebiet weniger als 5°C/Minute, vorzugsweise etwa i°C/Minute, betragen. 5u Bevor in dieser Weise abgekühlt wird, wird erfindungsgemäß die Legierung auf eine Temperatur gebracht, die oberhalb 700⁰ C und unterhalb des Schmelzpunktes der jeweiligen Legierung, für die in der Abbildung einbezogenen Legierungen unterhalb der Soliduslinie /; gelegenen Temperaturen, liegt.

Die Schmelzpunkte der meisten Legierungen und die Temperaturen der a —> y-Umwandlung sind in einem für die Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung ausreichenden L^rmfang bekannt, unter Temperatur gehalten,
worden ist.

Besonders vorteilhaft hat sich gezeigt, die I^ zu behandelnde Legierung nur auf eine Temperatur unterhalb der Temperatur der α —ν γ- \ Umwandlung zu bringen und eine Zeitlang, etwa 15 Minuten oder länger, bei dieser Temperatur zu halten, bevor sie die geregelte Ab- 9·. kühlung erfährt. Bei Befolgung dieser Vor- ΐ schrift wird eine vermehrte Ausscheidung von /-Mischkristallen und damit verbesserte ■^? Bearbeitbarkeit erzielt, insofern das Glühen /· der Legierung bei unterhalb der Linie c ge- W legenen Temperaturen die in diesem Gebiet B beständige /-Phase zur Ausscheidung bringen muß. Die zweckmäßigste Zeitdauer, während der die Legierung geglüht wird, beträgt 15 Minuten oder mehr. Je tiefer die Tem- to#. peratur liegt, bei der die Legierung geglüht wird, um so länger soll die Glühdauer werden. Im allgemeinen reichen 2 Stunden aus, jedoch wird die Legierung bei Temperaturea wenig oberhalb 700⁰C, z.B. 800⁰C, zweck- ·Η mäßigerweise länger als 2 Stunden auf dieser , Temperatur gehalten, bevor sie in der angegebenen Weise abgekühlt wird. » Eine weitere Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung besteht darin, n* daß die Abkühlung der heißen Legierung in dem Temperaturgebiet zwischen der Temperatur der α —ν y-Umwandlung und 500⁰C in Stufen erfolgt. Beispielsweise wird ein Gußstück aus einer i2°/₀ Aluminium, 24*/« its Nickel, Rest Eisen enthaltenden Legierung ■, auf 1000⁰C erwärmt, 30 Minuten lang bei _. dieser Temperatur gehalten, alsdann auf C mit einer mittleren Abkühlungsgeschwindigkeit von i°C/Minute abgekühlt, rad auf der Temperatur von 850⁰ C 2 Stunden lang gehalten und schließlich bis auf 500⁰C

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mit einer mittleren Abkühlungsgeschwindigkeit von 2°C/Minute abgekühlt. Selbstverständlich muß die stufenweise Abkühlung in dem in Frage stehenden Temperaturgebiet, S unterhalb der Temperatur der α —■>· y-Umwandlung bis 500° C, mit einer durchschnittlichen mittleren Abkühlungsgeschwindigkeit von weniger als 5°C/Minute erfolgen.

Das Verfahren gemäß der Erfindung kann mit besonderem Vorteil auf eine Legierung angewendet werden, die aus 10 bis 15% Aluminium, 20 bis 30% Nickel, Rest Eisen besteht, und die, wie bekannt, in hervorragendem Maße zur Herstellung von Dauermagneten geeignet ist. Eine solche Legierung wird dabei zweckmäßigerweise auf etwa 850 bis 950⁰C erwärmt bzw. abgekühlt, bei dieser Temperatur etwa 15 Minuten bis 2 Stunden gehalten und alsdann bis auf 500⁰C mit einer mittleren Abkühlungsgeschwindigkeit von etwa 1 ° C/Minute abgekühlt.

Es wurde weiterhin festgestellt, daß nach dem Verfahren gemäß der Erfindung die Bearbeitbarkeit auch einer solchen Legierung verbessert werden kann, die Eisen als Hauptbestandteil, 3 bis 20 °/o Aluminium, 7 bis 40 °/o Nickel enthält, bei der jedoch ein Teil des Nickels durch Kobalt ersetzt ist. Die in der angegebenen Weise behandelten Gußstücke lassen sich u. a. bohren, drehen und fräsen. Zweckmäßigerweise werden dazu solche Werkzeuge verwendet, die aus den sogenannten Schnellstählen, wie z. B. WoIfram-, Chrom-, Vanadium-Stählen, oder Hartmetallen bestehen. Im allgemeinen sind Werkzeuge aus allen solchen Metallen geeignet, die eine Rockwellhärte C 150 von mehr als 55 haben.

Sollen die gemäß der Erfindung behandelten und alsdann mechanisch bearbeiteten Gußstücke als Dauermagnete verwendet werden, so ist im allgemeinen noch eine Wärmebehandlung erforderlich, um die Gußstücke in den Zustand der besten magnetischen Eigenschaften zu versetzen. Zu diesem Zwecke werden die Gußstücke, nachdem sie mechanisch bearbeitet sind, in bekannter Weise einer magnetischen Härtung mit oder ohne nachfolgendem Anlassen unterworfen. Es ist schon im Schrifttum ausgesprochen worden, daß zur Erhöhung der Koerzitivkraft Gußstücke aus Eisen-Nickel-Aluminium-Legierungen auf 1200⁰C erhitzt und dann mit einer bestimmten Geschwindigkeit abgekühlt werden sollen. In einem Fall werden hierfür Abkühlungsgeschwindigkeiten von der beim Gegenstand der vorliegenden Erfindung maßgebenden Größenordnung erwähnt. Jedoch fehlt dort die Kennzeichnung eines Temperaturintervalls, innerhalb dessen die betreffende Geschwindigkeit auftreten soll.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Verbesserung der Bearbeitbarkeit einer Eisen-Nickel-Aluminium-Legierung mit Eisen als Hauptbestandteil, 7 bis 40 % Nickel, 3 bis 20 % Aluminium, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung auf eine über 700⁰C und unter ihrem Schmelzpunkt liegende Temperatur gebracht, gegebenenfalls bei dieser Temperatur eine Zeitlang gehalten und alsdann in der Weise abgekühlt wird, daß die mittlere Geschwindigkeit der Abkühlung in dem Temperaturgebiet zwischen der Temperatur der α —ν y-Umwandlung und 500⁰C weniger als 5⁰ C/Minute, vorzugsweise etwa i° C/Minute, beträgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung auf eine oberhalb 700⁰C, jedoch unterhalb der Temperatur der α —>- y-Umwandlung liegende Temperatur gebracht, etwa 15 Minuten oder langer bei dieser Temperatur gehalten und alsdann in der in Anspruch 1 angegebenen Weise abgekühlt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abkühlung der Legierung in dem Temperaturgebiet zwischen der'Temperatur der α— ->■ y-Umwandlung und 500⁰ C in Stufen erfolgt.

4. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 2 auf eine Legierung, die 10 bis 15% Aluminium, 20 bis 30% Nickel, Rest Eisen enthält, wobei die Legierung auf etwa 850 bis 950⁰C gebracht, bei dieser Temperatur etwa 15 Minuten bis

2 Stunden gehalten und alsdann bis auf 500⁰C mit einer mittleren Abkühlungsgeschwindigkeit von etwa 1 ° C/Minute abgekühlt wird.

5. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 auf eine Legierung, die Eisen als Hauptbestandteil,

3 bis 20% Aluminium, 7 bis 40% Nickel enthält, bei der jedoch ein Teil des Nickels durch Kobalt ersetzt ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen