DE652778C - Verwendung von Kobaltlegierungen fuer Gegenstaende mit niedrigem Ausdehnungskoeffizienten - Google Patents

Description

Zweck der Erfindung ist es, eine Legierung anzugeben, die zur Herstellung von Gegenständen mit niedrigem Ausdehnungskoeffizienten, hoher Korrosionsbeständigkeit und guter Bearbeitbarkeit verwendbar ist.

Für die Zwecke, bei denen ein kleiner Wärmeausdehnungskoeffizient erwünscht war, hat man bisher in der Regel die sogenannte Invarlegierung benutzt, die 64°/₀ Eisen und

36 °/o Nickel enthält. Nach der Wärmebehandlung¹ hat die genannte Legierung einen Mindestwert des Wärmeausdehnungskoeffizienten von ungefähr 1,2XiO-⁶. Sie zeigt jedoch eine ziemlich große Längenänderung bet Änderung der Temperatur. Außerdem läßt sich Invar nur schwer schmieden; es hat auch keine guten mechanischen Eigenschaften.

Es ist nun ferner als Legierung mit niedrigem Ausdehnungskoeffizienten, die sich leicht formen und schmieden läßt, eine Legierung aus 40 bis 7o°/o Eisen, 20 bis 6o°/₀ Nickel und weniger als 35% (mit Ausnahme von ο °/₀) Kobalt vorgeschlagen worden. Die Legierung kann außerdem weniger als io°/o Chrom enthalten.

Soweit aber die bekannte Legierung nur einen niedrigeren Kobaltgehalt hat, ist sie nicht korrosionsbeständig genug. Bei einem Kobaltgehalt über 30% indessen ist ihr Wärmeausdehnungskoeffizient nicht klein genug: Es wird auf die Zustandsdiagramme mit eingezeichneten Isowärmeausdehnungskoeffizientkurven in. Science Reports of the Töhoku Imperial University, Series I₁VoI. XX (1931), S. ιοί bis 123, und Series I, Vol. XXIII, Nr. 2, S. 277 der gleichen Zeitschrift verwiesen. Aus diesen Diagrammen geht klar und deutlich hervor, daß die bekannte Eisen-Kobalt-Chrom-Legierung, die weniger als 50% Kobalt enthält, einen verhältnismäßig hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten hat, während die Eisen-Nickel-Kobalt-Legierung einen geringeren Wärmeausdehnungskoeffizienten hat, wenn ihr Kobaltgehalt kleiner als 3o°/₀ ist.

Demgegenüber wird die Erfindung in der Verwendung einer Legierung erblickt, bestehend aus 50 bis 6o°/₀ Kobalt, 4 bis I2°/_O Chrom und 30 bis 46°/₀ Eisen, zur Herstellung von Gegenständen mit niedrigem Aus-

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dr. Hakaru Masumoto in Sendai, Hondo, Japan.

dehnungskoeffizicnten, hoher Korrosionsbeständigkeit und guter Bearbeitbarkeit. Da^ Kobalt kann durch weniger als 19,5 °/₀ Nickel ersetzt sein. Die angegebene Legierung zeigt eine Zusammenfassung der Bestwerte der erwünschten Eigenschaften.

Durch den Austausch eines Teiles de^ Kobalts gegen Nickel erhält man eine Legierung mit niedrigeren Gestehungskosten, ohne ihre Eigenschaften zu stark zu verschlechtern. Beim Zusammenschmelzen der obengenannten Metalle soll jedes Metall zweckmäßig so rein wie nur möglich sein. Es soll unter nicht oxydierenden Bedingungen geschmolzen werden. Unreinheiten sind ausgeschlossen. Man erhält so das beste Ergebnis. Die geschmolzene Legierung kann in eine geeignete Form gegossen werden, welche der Gebrauehsform angepaßt ist. Sie kann auch als Ingot gegossen werden, der dann bei gevröhnl icher oder höherer Temperatur in die gewünschte Form durch Schmieden übergeführt wird. Gegebenenfalls können die so erhaltenen gegossenen oder geschmiedeten Gegenstände den im folgenden beschriebenen Nachbehandlungen unterworfen werden.

Nach der Erfindung kann man eine Legierung, die möglicherweise ihre Längenausdehnung auch innerhalb eines größeren Zeit-' 30 raumes nicht ändert, dadurch erhalten, daß man sie längere Zeit auf einer hohen Temperatur, z.B. ungefähr iioo°C, erhält und sie dann auf Lufttemperatur sehr langsam kühlt. Wenn man jedoch eine Legierung mit mögliehst kleinem Wärmeausdehnungskoeffizienten, sogar mit einem negativen Ausdehnungskoeffizienten, unbeschadet kleiner Längenänderungen, bei Lufttemperatur haben will, so muß die Legierung, nachdem man sie auf hohe Temperatur erhitzt hat, in einem geeigneten Medium abgeschreckt werden. Man kann—die Legierung auch zu diesem Zweck mechanisch bearbeiten, z. B. walzen, oder bei • Lufttemperatur schmieden. Es können auch beide Behandlungsweisen auf die Legierung angewendet werden. Wenn man die Legierung, die irgendeiner der oben beschriebenen drei Nachbehandlungsverfahren · unterworfen gewesen ist, auf ungefähr 100 bis 500° C erhitztundsie dann sehr langsam, z. B. während 2 oder 3 Monate auf Lufttemperatur kühlt, wird der Wärmeausdehnungskoeffizient der erhaltenen Legierung nicht nur sehr klein, sondern es wird auch die zeitliche Längenänderung verhältnismäßig klein. Durch eine geeignete Regelung der Erhitzungstemperatur und der Kühlungsgeschwindigkeit während der verschiedenen Nachbehandlung kann eine Legierung erhalten werden, deren absoluter Wert des Wärmeausdehnungskoeffizienten ο beträgt.

Auf der Zeichnung veranschaulicht Fig. t beispielsmäßig die Wärmeausdehnungskurve der Legierung nach der Erfindung.

Fig. 2 veranschaulicht eine Kurve, welche die Korrosion von Invar und der Legierung nach der Erfindung in Abhängigkeit von der Zeit zeigt.

Die Kurve A von Fig. 1 zeigt den linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten der Invarlegierung, die 64% Eisen und 36°/,, Nickel enthält, nach der Wärmebehandlung. Die Kurven B und C veranschaulichen den Gang der linearen Wärmeausdehnung von wärmebehandelten Legierungen nach der Erfindung, von denen die eine 36,5⁰Z₀ Eisen, 54°/o Kobalt und 9,5°/o Chrom und die andere 37,5 °/o,Eisen, 53o% Kobalt und 9,o°/₀ Chrom enthält. Wie aus diesen Kurven klar hervorgeht, beträgt der Minimalwert des Wärmeausdehnungskoeffizienten des bisher bekannten Invars ungefähr 1,2XiO"⁵, während der Wärmeausdehnungskoeffizient der Legierung nach der Erfindung sogar ο oder negative Werte bei gewöhnlicher Temperatur annimmt. , Die Kurve D stellt das mit der Legierung nach Kurve B erhaltene Ergebnis dar, wenn die Legierung bei Lufttemperatur gewalzt wird. Aus dieser Kurve ersieht man, daß die mechanische Bearbeitung bei Lufttemperatur den Wärmeausdehnungskoeffizienten herabsetzt.

Die Korrosionsbeständigkeit der Legierung nach der Erfindung ist beispielsweise in Fig. 2 graphisch dargestellt. Die Werte sind in einer Salzlösung gewonnen (¹Zi₀ Mol Kochsalz in r Liter Wasser gelöst). Der Gewichtsverlust des Prüfkörpers ist auf der Ordinate, und die Versuchsdauer, während der das Stück in der Lösung eingetaucht war, auf der Abszisse aufgetragen. Die Kurve £ gibt die Korrosionswerte für Invar wieder, das 64°/,, Eisen und 36⁰Z₀ Nickel enthält. Man sieht deutlich, daß eine beträchtliche Gewichtsverminderung im Laufe der Zeit eintritt. Andererseits zeigt eine Legierung nach der Erfindung mit einem Gehalt von 36,5⁰Zo Eisen, 54°/,, Kobalt und 9,5 °/o Chrom nicht den geringsten Gewichtsverlust in der gleichen Versuchszeit, wie man aus der geraden Linie F sieht, auch waren keine Änderungen auf der Oberfläche zu be- no merken.

Die Härte der Legierung nach der Erfindung beträgt ungefähr 165 nach der Brinellschen Härteskala, während Invar eine Härte von ungefähr 140 hat.

Die Legierung nach der Erfindung kann eine kleine Menge von Mangan, Titan, Vanadium, Aluminium, Magnesium, Silicium, Bor, zusätzlich zu den obenerwähnten Hauptbestandteilen, enthalten. Diese Zusätze können für Entoxydations- und Entschwefelungszwecke beigegeben werden, um einen einwand-

Claims (2)

1. freien Ingot zu erhalten. Durch Zusatz einer kleinen Menge Kohle, Wolfram, Molybdän, Kupfer zur Legierung nach der Erfindung können ihre mechanischen Eigenschaften verbessert werden.

   ΡλtentανsprüchE:

   ι. Verwendung einer Legierung, bestehend aus 50 bis 6o°/„ Kobalt, 4 bis 12% Chrom und 30 bis 46°/o Eisen, zur Herstellung von Gegenständen mit niedrigem Ausdehnungskoeffizienten, hoher Korrosionsbeständigkeit und guter Bearbeitbarkeit.
2. 2. Verwendung einer Legierung nach Anspruch τ, in der Kobalt durch weniger als 19,5 °/o Nickel ersetzt ist, zur Herstellung von Gegenständen mit niedrigem Ausdehnungskoeffizienten, hoher Korrosionsbeständigkeit und guter Bearbeitbarkeit.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen