EP0035601A1 - Verfahren zur Herstellung einer Gedächtnislegierung - Google Patents

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EP0035601A1
EP0035601A1 EP80200184A EP80200184A EP0035601A1 EP 0035601 A1 EP0035601 A1 EP 0035601A1 EP 80200184 A EP80200184 A EP 80200184A EP 80200184 A EP80200184 A EP 80200184A EP 0035601 A1 EP0035601 A1 EP 0035601A1
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EP
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powder
copper
temperature
stream
weight
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EP80200184A
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EP0035601B1 (de
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Keith Dr. Melton
Olivier Dr. Mercier
Helmut Dr. Riegger
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BBC Brown Boveri AG Switzerland
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BBC Brown Boveri AG Switzerland
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Priority to DE8080200184T priority patent/DE3065931D1/de
Priority to US06/239,626 priority patent/US4365996A/en
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/006—Resulting in heat recoverable alloys with a memory effect
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/04—Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
    • C22C1/0425—Copper-based alloys

Definitions

  • the invention is based on a method for producing a memory alloy according to the preamble of claim 1.
  • Memory alloys based on the Cu / Al / Ni system are known and have been described in various publications (e.g. U.S. Patent No. 3,783,037). Such memory alloys, which belong to the general type with the ⁇ high-temperature phase, are generally produced by melt metallurgy.
  • the invention has for its object to provide a manufacturing method for memory alloys based on copper, aluminum and nickel, which leads to dense, compact bodies with good mechanical properties and at the same time to exactly reproducible values of the transition temperature and other variables related to the memory effect.
  • the essence of the new process is not to start from elementary powders or from a starting powder corresponding to the final alloy, but to use a mixture of pre-alloyed powders and specially composed powder mixtures. This allows the required ductility to be optimally adapted to the processing process with extensive freedom in terms of composition.
  • the grain size of the crystallite of the finished body can largely be predetermined. Grain growth is not to be feared. Coherent oxide skins that prevent homogenization and impair mechanical properties are avoided. If a certain small percentage is present, the metal oxides are present in finely divided form as dispersoids and have a beneficial effect on the mechanical properties of the end product, preventing grain growth.
  • the following sample was mixed in a tumble mixer for 10 min: 240 g of this powder mixture were filled into a rubber tube with an inner diameter of 20 mm and pressed isostatically at a pressure of 8000 bar to a cylinder with a diameter of 18 mm and a height of 220 mm.
  • the green compact was reduced and presintered in a hydrogen stream at a temperature of 950 ° C. for 1 h and then sintered in a stream of argon at a temperature of 950 ° C. for 19 h.
  • the raw sintered body was turned to a diameter of 17 mm and introduced into a soft-annealed copper tube with an outer diameter of 20 mm and completely encapsulated by covering the ends with plugs and soldering under an argon atmosphere.
  • thermomechanical processing consisted of round hammering at 950 ° C, with the diameter of the rod being 18 mm in the first round hammering stitch and every subsequent one Stitch was reduced by 2 mm each.
  • the procedure was such that 2 thermomechanical operations were followed by homogenization annealing.
  • the rod hammered down to 8 mm in diameter was finally subjected to a final annealing in a stream of argon for 15 minutes at a temperature of 950 ° C. and immediately quenched in water.
  • the test showed a density of 99.5 - 99.8% of the theoretical value for the workpiece.
  • thermomechanical machining / homogenization can be continued for as long as required until the final shape of the workpiece is reached. When the theoretical density is reached, further homogenization is generally no longer necessary.
  • Example I The powders given in Example I were weighed out as follows and mixed in a tumble mixer for 15 minutes: 240 g of this powder mixture were filled into a soft annealed copper tube with an inner diameter of 18 mm and a wall thickness of 2 mm and completely encapsulated by covering the ends and soldering under an argon atmosphere. The tube and powder were then isostatically pressed at a pressure of 10,000 bar, and the compact was reduced and presintered in a hydrogen / nitrogen stream at a temperature of 750 ° C. for 2 h and then in a stream of argon at a temperature of 800 ° C. for 25 h sintered.
  • the workpiece was then alternately subjected to 2 round hammer operations and a homogenization anneal at 900 ° C each, similar to Example I.
  • the rod hammered down to 6 mm was subjected to a final annealing at 1000 ° C. for 10 minutes in a stream of argon and quenched in water.
  • the density was 99.5% of the theoretical value.
  • Example I The powders given in Example I were weighed out as follows and mixed in a tumble mixer for 12 minutes: 240 g of this powder mixture were filled into a soft annealed tombac tube with an inner diameter of 20 mm and a wall thickness of 1.6 mm and completely encapsulated by covering the ends and soldering under an argon atmosphere. The tube and powder were then isostatically pressed at a pressure of 12,000 bar and the compact was reduced and presintered in a hydrogen stream at a temperature of 850 ° C. for 1 Y2 h and then sintered in a stream of argon at a temperature of 820 ° C. for 22 h.
  • the workpiece was then reduced in 2 round hammer passes at a temperature of 900 C to 18 or 16 mm in diameter and homogenized in a stream of argon at 920 ° C for 1 h. This was followed by two round hammer stitches at 900 ° C, so that the rod finally had a diameter of 13 mm.
  • the rod was rolled down in several successive hot rolling operations, each with 20-25% reduction in cross section, to form a strip 1.5 mm thick and 20 mm wide. After a final annealing at 950 ° C. for 12 minutes, the strip was quenched in water. The density of the finished tape was 99.7%.
  • Example I The powders given in Example I were weighed out as follows and mixed in a tumble mixer for 10 min. 250 g of this powder mixture were filled into a rubber tube with an inner diameter of 35 mm and pressed isostatically at a pressure of 12,000 bar to a cylinder with a diameter of 31 mm and a height of 80 mm. The green compact was reduced in a hydrogen stream at a temperature of 920 ° C. for 1 h and presintered and then sintered in a stream of argon at a temperature of 950 ° C. for 20 h. The raw sintered body was turned to a diameter of 30 mm, inserted in the recipient of an extrusion press and pressed at a temperature of 780 ° C.
  • the reduction ratio (decrease in cross-section) was 11: 1.
  • the rod was then homogenized at a temperature of 920 ° C. for 30 minutes and then pulled down in 2 passes on a warming bench at a temperature of 750 ° C. to an edge length of 6 mm. After the final one Annealing at 900 ° C for 15 min in a stream of argon, the rod was quenched in water. The density of the finished rod was 99.8% of the theoretical value.
  • Example 1 The powders given in Example 1 were weighed out as follows and mixed in a tumble mixer for 15 minutes: 1000 g of this powder mixture were filled into a plastic tube with an inner diameter of 66 mm and pressed isostatically at a pressure of 12,000 bar into a cylinder with a diameter of 60 mm and a height of 80 mm.
  • the green compact was reduced in a hydrogen / nitrogen stream at a temperature of 880 ° C. for 1 h and presintered and then sintered in a stream of argon at a temperature of 930 ° C. for 25 h.
  • the raw sintered body was turned to a diameter of 58 mm, in a soft-annealed box made of soft iron with an outer diameter of 64 mm was inserted and completely encapsulated by placing the lid and soldering in an argon atmosphere.
  • the workpiece produced in this way was subjected to thermomechanical processing under a hot press, interrupted by homogenization annealing. By alternately upsetting and annealing at 900 ° C, the height of the cylinder was successively reduced to approx. 32 mm, whereby the material condensed to approx. 95% of the theoretical density and now the die. had a corresponding diameter of 70 mm. After an additional homogenization annealing at 950 ° C.
  • the preformed circular plate with parallel flat end faces was turned into a forge with a reduced diameter.
  • the 20 mm thick plate had a radial bead of 5 x 5 mm on the upper side and a central recess of 20 mm diameter and 5 mm axial depth on the lower side.
  • the plate was quenched in water. The density was 99.2 - 99.5% of the theoretical value.
  • the powder mixtures can be within the following limits:
  • Isotatic pressing preferably requires pressures of at least 8000 bar.
  • the reduction and presintering of the compact can expediently take place in the temperature range from 700 to 1000 ° C. for at least 30 minutes in a stream of hydrogen or hydrogen / nitrogen.
  • the sintering of the compact must be carried out above the temperature of the eutectoid transformation, ie at a temperature of at least 700 ° C. for 10 hours in an argon flow to achieve the most homogeneous structure possible.
  • thermomechanical processing which can consist of hot pressing, hot extrusion, hot forging, hot rolling, hot drawing and / or hot round hammering, should be carried out at temperatures between 700 and 1000 ° C, as well as the intermediate homogenization in the inert gas flow (intermediate annealing) at at least 700 ° C for at least 30 min.
  • the final annealing in a stream of argon is carried out at temperatures between 700 and 1050 ° C ( ⁇ mixed crystal region) for 10 to 15 minutes and the workpiece is then immediately quenched in water.
  • thermomechanical processing it is advisable to encapsulate the material beforehand in a ductile metallic shell that does not chemically react with it, which is removed mechanically or chemically at the end of the shaping as a surface layer in most applications.
  • Soft-annealed metals and alloys such as copper, copper alloys and soft iron are particularly suitable as materials for the casing. Encapsulation can take place immediately before the thermomechanical processing, in that the sintered body undergoes a mechanical surface treatment beforehand by turning, milling, planing, etc., or the powder can be filled directly into a suitable tube, a can, etc., instead of into a rubber or plastic tube will.
  • the powder metallurgical method according to the invention enables the production of workpieces from a memory alloy of the Cu / Al and Cu / Al / Ni type, which are produced in a conventional manner, ie by melt metallurgy Bodies have a fine-grained structure and optionally contain dispersoids in the form of finely divided oxide particles.
  • the mechanical properties, in particular the elongation, notch toughness and the working capacity of such workpieces are significantly better than those of cast and / or hot-kneaded bodies. This opens up a further area of application for this type of alloy.

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Abstract

Verfahrenstechnische Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von Cu/Al- und Cu/Al/Ni-Gedächtnislegierungen durch pulvermetallurgische Herstellung aus Pulvergemischen, die ihrerseits z.T. aus vorlegierten und/oder vorgemischten Ausgangspulvern bestehen. Isostatisches Pressen und Sintern des Pulvergemisches in Inertgasatmospähre mit nachfolgender mehrstufiger thermomechanischer Bearbeitung, jeweils unterbrochen durch der Homogenisierung dienende Zwischenglühungen. Schlussglühung im β-Mischkristallgebiet und Abschrecken in Wasser.

Description

  • Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Herstellung einer Gedächtnislegierung nach der Gattung des Anspruchs 1.
  • Gedächtnislegierungen auf der Basis des Systems Cu/Al/Ni sind bekannt und in verschiedenen Veröffentlichungen beschrieben worden (z.B. US-PS 3 783 037). Derartige Gedächtnislegierungen, die dem allgemeinen Typ mit der β-Hoehtemperaturphase angehören, werden allgemein schmelzmetallurgisch hergestellt.
  • Beim Giessen dieser Legierungen wird in der Regel ein grobkörniges Gefüge erhalten, welches durch die anschliessende Glühung im Bereich der β -Mischkristalle durch Kornwachstum noch weiter vergröbert wird und durch thermomechanische Behandlung nicht mehr rückgängig gemacht werden kann. Dementsprechend sind die mechanischen Eigenschaften, vor allem die Dehnung und Kerbzähigkeit solcherweise hergestellter Gedächtnislegierungen verhältnismässig schlecht und ihr Anwendungsbereich begrenzt.
  • Es besteht daher ein Bedürfnis, diese Gedächtnislegierungen verfahrenstechnisch derart zu verbessern, dass für sie weitere praktische Anwendungsgebiete erschlossen werden können.
  • Es ist bereits vorgeschlagen worden, Gedächtnislegierungen des Typs Cu/Zn/Al pulvermetallurgisch, ausgehend von fertigen, der Endzusammensetzung entsprechenden Ausgangslegierungen herzustellen (z.B. M. Follon, E. Aernoudt, Pow.der-metallurgically processed shape-memory alloys, 5th European Symposium on Powder Metallurgy, Stockholm 1978, S. 275 - 281). Dabei wird das fertige Pulver einge- kapselt, kaltverdichtet, warmverdichtet undstranggepresst.
  • Diese Methode ist jedoch zur Herstellung von kompakten und dichten Fertigkörpern aus Cu/Al/Ni ungeeignet, da sich das Pulver nicht verdichten lässt und wieder zerfällt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Herstellungsverfahren für Gedächtnislegierungen auf der Basis von Kupfer, Aluminium und Nickel anzugeben, das zu dichten, kompakten Körpern mit guten mechanischen Eigenschaften und gleichzeitig zu genau reproduzierbaren Werten der Umwandlungstemperatur und anderen mit dem Gedächtniseffekt zusammenhängenden Grössen führt.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
  • Der Kern des neuen Verfahrens besteht darin, weder von Elementarpulvern noch von einem der Endlegierung entsprechenden Ausgangspulver auszugehen, sondern eine Mischung aus vorlegierten Pulvern und speziell zusammengesetzter Pulvermischungen zu benutzen. Damit kann die erforderliche Duktilität bei weitgehender Freiheit bezüglich Zusammensetzung dem Verarbeitungsprozess optimal angepasst werden.
  • .Die Korngrösse der Kristallite des fertigen Körpers kann weitgehend vorausbestimmt werden. Ein Kornwachstum ist nicht zu befürchten. Zusammenhängende, die Homogenisierung behindernde und die mechanischen Eigenschaften beeinträchtigende Oxydhäute werden vermieden. Falls zu einem bestimmten geringen Prozentsatz vorhanden, liegen die Metalloxyde in feiner Verteilung als Dispersoide vor und wirken kornwachstumshemmend und günstig auf die mechanischen Eigenschaften des Endproduktes ein.
  • Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Ausführungsbeispiele beschrieben:
    • Ausführungsbeispiel I:
      • Es wurde ein Rundstab aus einer Gedächtnislegierung folgender Endzusammensetzung hergestellt:
        Figure imgb0001
        Als Ausgangsmaterialien wurden folgende Pulver verwendet:
        • Pulver A: Cupro-Aluminium: 93 Gew.-% Cu; 7 Gew.-% Al, erschmolzen, atomisiert; Korngrösse 40 - 100 µ. Hersteller Baudier.
        • Pulver B: Aluminium premixe 202 AC: 96 Gew.-% Al; .4 Gew.-% Cu, Korngrösse 23 - 28 µ. Hersteller Alcoa.
        • Pulver C: Reinnickel: 100 Gew.-% Ni Korngrösse 44 µ. Mond-Nickel (z.B. Int. Nickel Co.)
  • Folgende Einwaage wurde während 10 min in einem Taumelmischer gemischt:
    Figure imgb0002
    240 g dieser Pulvermischung wurden in einen Gummischlauch von 20 mm Innendurchmesser abgefüllt und bei einem Druck von 8000 bar isostatisch zu einem Zylinder von 18 mm Durchmesser und 220 mm Höhe verpresst. Der Grünling wurde im Wasserstoffstrom bei einer Temperatur von 950°C während 1 h reduziert und vorgesintert und anschliessend im Argonstrom bei einer Temperatur von 950°C während 19 h fertiggesintert. Der rohe Sinterkörper wurde auf einen Durchmesser von 17 mm abgedrehte in ein weichgeglühtes Kupferrohr von 20 mm Aussendurchmesser eingeführt und durch Abdecken der Enden mittels Stöpsel und Verlöten unter Argonatmosphäre vollständig eingekapselt. Das derart gebildete Werkstück wurde nun abwechslungsweise einer thermomechanischen Bearbeitung und einer Homogenisierungsglühung im Argonstrom während je 1 h bei 950°C unterworfen. Im vorliegenden Fall bestand die thermomechanische Bearbeitung in einem Rundhämmern bei 950°C, wobei im 1. Rundhämmerstich der Durchmesser des Stabes auf 18 mm und bei jedem weiteren Stich um je 2 mm reduziert wurde. Dabei wurde so vorgegangen, dass auf je 2 thermomechanische Operationen eine Homogenisierungsglühung folgte. Der auf 8 mm Durchmesser heruntergehämmerte Stab wurde schliesslich einer abschliessenden Glühung im Argonstrom während 15 min bei einer Temperatur von 950°C unterworfen und unmittelbar daraufhin in Wasser abgeschreckt. Die Prüfung ergab für das Werkstück eine Dichte von 99,5 - 99,8 % des theoretischen Wertes.
  • Selbstverständlich kann der Zyklus thermomechanische Bearbeitung/Homogenisierung beliebig lang, bis zum Erreichen der endgültigen Form des Werkstückes-fortgesetzt werden. Dabei ist bei Erreichen der theoretischen Dichte eine weitere Homogenisierung in der Regel nicht mehr notwendig.
  • Ausführungsbeispiel II:
    • Es wurde ein Rundstab aus einer Gedächtnislegierung folgender Endzusammensetzung hergestellt:
      Figure imgb0003
  • Die unter dem Beispiel I angegebenen Pulver wurden wie folgt eingewogen und während 15 min in einem Taumelmischer gemischt:
    Figure imgb0004
    240 g dieser Pulvermischung wurden in ein weichgeglühtes Kupferrohr von 18 mm Innendurchmesser und 2 mm Wandstärke abgefüllt und durch Abdecken der Enden und Verlöten unter Argonatmosphäre vollständig eingekapselt. Hierauf wurde das Rohr samt Pulver bei einem Druck von 10 000 bar isostatisch gepresst und der Pressling im Wasserstoff/Stickstoff-Strom bei einer Temperatur von 750°C während 2 h reduziert und vorgesintert und anschliessend im Argonstrom bei einer Temperatur von 800°C während 25 h fertiggesintert. Daraufhin wurde das Werkstück abwechslungsweise je 2 Rundhämmeroperationen und einer Homogenisierungsglühung bei je 900°C ähnlich Beispiel I unterworfen. Der auf 6 mm heruntergehämmerte Stab wurde einer abschliessenden Glühung bei 1000°C während 10 min im Argonstrom unterzogen und in Wasser abgeschreckt. Die Dichte betrug 99,5 des theoretischen Wertes.
  • Ausführungsbeispiel III:
    • Es wurde ein Band aus einer Gedächtnislegierung folgender Endzusammensetzung hergestellt:
      Figure imgb0005
  • Die unter dem Beispiel I angegebenen Pulver wurden wie folgt eingewogen und während 12 min in einem Taumelmischer gemischt:
    Figure imgb0006
    240 g dieser Pulvermischung wurden in ein weichgeglühtes Tombakrohr von 20 mm Innendurchmesser und 1,6 mm Wandstärke abgefüllt und durch Abdecken der Enden und Verlöten unter Argonatmosphäre vollständig eingekapselt. Hierauf wurde das Rohr samt Pulver bei einem Druck von 12 000 bar isostatisch gepresst und der Pressling im Wasserstoffstrom bei einer Temperatur von 850°C während 1 Y2 h reduziert und vorgesintert und anschliessend im Argonstrom bei einer Temperatur von 820°C während 22 h fertiggesintert. Daraufhin wurde das Werkstück in 2 Rundhämmerstichen bei einer Temperatur von 900 C auf 18 bzw. 16 mm Durchmesser reduziert und während 1 h im Argonstrom bei 920°C homogenisiert. Es folgten nochmals 2 Rundhämmerstiche bei 900°C, so dass der Stab schliesslich einen Durchmesser von 13 mm hatte. Nach abermaliger Homogenisierung während 1 h bei 920°C wurde der Stab in mehreren aufeinanderfolgenden Warmwalzoperationen mit jeweils 20 - 25 % Querschnitssabnahme zu einem Band von 1,5 mm Dicke und 20 mm Breite heruntergewalzt. Nach einer abschliessenden Glühung bei 950°C während 12 min wurde das Band in Wasser abgeschreckt. Die Dichte des fertigen Bandes betrug 99,7 %.
  • Ausführungsbeispiel IV:
    • Es wurde ein Vierkantstab aus einer Gedächtnislegierung folgender Endzusammensetzung hergestellt:
      Figure imgb0007
  • Die unter dem Beispiel I angegebenen Pulver wurden wie folgt eingewogen und während 10 min in einem Taumelmischer gemischt.
    Figure imgb0008
    250 g dieser Pulvermischung wurden in einen Gummischlauch von 35 mm Innendurchmesser abgefüllt und bei einem.Druck von 12 000 bar isostatisch zu einem Zylinder von 31 mm Durchmesser und 80 mm Höhe verpresst. Der Grünling wurde im Wasserstoffstrom bei einer Temperatur von 920°C während-1 h reduziert und vorgesintert und anschliessend im Argonstrom bei einer Temperatur von 950°C während 20 h fertiggesintert. Der rohe Sinterkörper wurde auf einen Durchmesser von 30 mm abgedreht, in den Rezipienten einer Strangpresse eingesetzt und bei einer Temperatur von 780°C zu einem Vierkantstab quadratischen Querschnitts von 8 mm Kantenlänge verpresst. Das Reduktionsverhältnis (Querschnittsabnahme) betrug dabei 11 : 1. Daraufhin wurde der Stab bei einer Temperatur von 920°C während 30 min homogenisiert und anschliessend in 2 Stichen auf einer Warmziehbank bei einer Temperatur von 750°C auf eine Kantenlänge von 6 mm heruntergezogen. Nach der abschliessenden Glühung bei 900°C während 15 min im Argonstrom wurde der Stab in Wasser abgeschreckt. Die Dichte des fertigen Stabes betrug 99,8 % des theoretischen Wertes.
  • Ausführungsbeispiel V :
    • Es wurde eine runde Platte aus einer Gedächtnislegierung folgender Endzusanmensetzung hergestellt:
      Figure imgb0009
  • Die unter dem Beispiel 1 angegebenen Pulver wurden wie folgt eingewogen und während 15 min in einem Taumelmischer gemischt:
    Figure imgb0010
    1000 g dieser Pulvermischung wurden in einen Kunststoffschlauchvon 66 mm Innendurchmesser abgefüllt und bei einem Druck von 12 000 bar isostatisch zu einem Zylinder von 60 mm Durchmesser und 80 mm Höhe zusammengepresst. Der Grünling wurde im Wasserstoff/Stickstoff-Strom bei einer Temperatur von 880°C während 1 h reduziert und vorgesintert und anschliessend im Argonstrom bei einer Temperatur von 930°C während 25 h fertiggesintert. Der rohe Sinterkörper wurde auf einen Durchmesser von 58 mm abgedreht, in eine weichgeglühte Dose aus Weicheisen von 64 mm Aussendurchmesser eingeführt und durch Aufsetzen des Deckels und Verlöten in Argonatmosphäre vollständig eingekapselt. Das derart hergestellte Werkstück wurde einer thermomechanischen Bearbeitung unter einer Warmpresse, unterbrochen von Homogenisierungsglühungen, unterzogen. Durch abwechslungsweises Stauchen und Glühen bei 900°C wurde die Höhe des Zylinders sukzessive auf ca. 32 mm reduziert, wobei sich das Material bis auf ca 95 % der theoretischen Dichte verdichtete und nun einen dem Gesenk . entsprechenden Durchmesser von 70 mm aufwies. Nach einer zusätzlichen Homogenisierungsglühung bei 9500C während 1 h wurde die vorgeformte kreisrunde Platte mit parallelen ebenen Stirnflächen in ein in ihren Durchmessern abgesetztes Schmiede-. gesenk eingesetzt und in mehreren Arbeitsgängen, welche durch Zwischenglühungen unterbrochen waren, bei Temperaturen zwischen 1000°C und 750°C auf die fertige Form heruntergeschmiedet. Die 20 mm dicke Platte wies bei einem maximalen Aussendurchmesser von 90 mm auf der oberen Seite einen radialen Wulst von 5 x 5 mm und auf der unteren Seite eine zentrale Ausnehmung von 20 mm Durchmesser und 5 mm axialer Tiefe auf. Nach einer abschliessenden Glühung bei 980°C während 15 min wurde die Platte in Wasser abgeschreckt. Die Dichte betrug 99,2 - 99,5 % des theoretischen Wertes.
  • Die Erfindung ist nicht auf die in den Beispielen beschriebenen Grössen und Werte beschränkt. Ganz allgemein können die Pulverzusammensetzungen und die Partikelgrössen in folgenden Grenzen variiert und substituiert werden:
    • Pulver A: Vorlegierung
      Figure imgb0011
    • Pulver B: Vormischung und/oder Vorlegierung
      Figure imgb0012
    • Pulver C: Reines Metall (mindestens eines vorhan-
      Figure imgb0013
  • Die Pulvermischungen können sich in folgenden Grenzen bewegen:
    Figure imgb0014
  • Das isotatische Pressen erfordert vorzugsweise Drücke von mind. 8000 bar. Das Reduzieren und Vorsintern des Presslings kann zweckmässigerweise im Temperaturbereich von 700 bis 1000°C während mindestens 30 min im Wasserstoff- oder Wasserstoff/Stickstoff-Strom erfolgen. Das Sintern des Presslings muss oberhalb der Temperatur der eutektoiden Umwandlung, d.h. bei mindestens 700°C während 10 h im Argonstrom durchgeführt werden, um ein möglichst homogenes Gefüge zu erzielen. Die thermomechanische Bearbeitung, welche in einem Warmpressen, Warmstrangpressen, Warmschmieden, Warmwalzen, Warmziehen und/oder Warm-Rundhämmern bestehen kann, soll bei Temperaturen zwischen 700 und 1000°C bewerkstelligt werden, desgleichen das dazwischengeschaltete Homogenisieren im Inertgasstrom (Zwischenglühen) bei mindestens 700°C während mindestens 30 min. Das abschliessende Glühen im Argonstrom wird bei Temperaturen zwischen 700 und 1050°C (β-Mischkristallgebiet) während 10 bis 15 min durchgeführt und das Werkstück sofort danach in Wasser abgeschreckt.
  • Für die meisten thermomechanischen Bearbeitungsarten ist es zweckmässig, das Material zuvor in eine duktile, mit ihm chemisch nicht reagierende metallische Hülle einzukapseln, die am Schluss der Formgebung als Oberflächenschicht in den meisten Anwendungsfällen mechanisch oder chemisch entfernt wird. Als Werkstoffe für die Hülle bieten sich vor allem weichgeglühte Metalle und Legierungen wie Kupfer, Kupferlegierungen und Weicheisen an. Das Einkapseln kann unmittelbar vor der thermomechanischen Bearbeitung erfolgen, indem der Sinterkörper zuvor eine mechanische Oberflächenbehandlung durch Abdrehen, Fräsen, Hobeln etc. erfährt, oder es kann das Pulver direkt statt in einen Gummi- oder Kunststoffschlauch in ein entsprechendes Rohr, eine Dose etc. eingefüllt werden.
  • Durch das erfindungsgemässe pulvermetallurgische Verfahren wird die Herstellung von Werkstücken aus einer Gedächtnislegierung des Cu/Al- und Cu/Al/Ni-Typs ermöglicht, welche gegenüber herkömmlich, d.h. schmelzmetallurgisch erzeugten Körpern ein feinkörniges Gefüge, aufweisen und gegebenenfalls Dispersoide in Form von fein verteilten Oxydpartikeln enthalten. Die mechanischen Eigenschaften, insbesondere die Dehnung, Kerbzähigkeit und das Arbeitsvermögen derartiger Werkstücke sind bedeutend besser als diejenigen gegossener und/oder weiterhin warmgekneteter Körper. Damit wird diesem Legierungstyp ein weiteres Anwendungsgebiet erschlossen.
  • Eine Gegenüberstellung für die Legierung mit 13 Gew.-% Aluminium, 3 Gew.-% Nickel und 84 Gew.-% Kupfer dient zur Illustration der oben erwähnten Unterschiede:
    Figure imgb0015

Claims (8)

1. Verfahren zur Herstellung einer Gedächtnislegierung auf der Basis von Kupfer, Aluminium und Nickel, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
a) Herstellung eines Pulvers A mit einer Partikelgrösse von 10 bis 200 µ aus einer kupferreichen Vorlegierung mit 84 bis 99 Gew.-% Cu, Rest Al, Herstellung eines Pulvers B mit einer Partikelgrösse von 5 bis 100 p durch Mischen und/oder Legieren von 95 bis 99,5 Gew.-% Aluminiumpulver mit 0,5 bis 5 Gew.-% Kupferpulver, Herstellung eines Pulvers C mit einer Partikelgrösse von 10 bis 100 µ aus mindestens einem der Elemente Nickel, Eisen, Mangan, Kobalt;
b) Mischen von 0,5 bis 10 Gew.-% des Pulvers B und 0 bis 6 Gew.-% des Pulvers C, Rest Pulver A,in einem Taumelmischer während mindestens 10 min;
c) Isostatisches Pressen der Pulvermischung in einem Kunststoff- oder Gummischlauch bei einem Druck von mindestens 8000 bar;
d) Reduzieren und Vorsintern des unter c) erzeugten Presslings im Wasserstoff- oder Wasserstoff/Stickstoff-Strom bei einer Temperatur zwischen 700 und 1000°C während mindestens 30 min;
e) Sintern des reduzierten und vorgesinterten Presslings im Argonstrom bei mindestens 700°C während mindestens 10 h;
f) Abwechslungsweises thermomechanisches Bearbeiten bei einer Temperatur zwischen 700 und 1000°C und Homogenisieren im.Inertgasstrom bei einer Temperatur von mindestens 700°C während mindestens 30 min;
g) Abschliessendes Glühen im Argonstrom bei einer Temperatur zwischen 700 und 1050°C während 10 bis 15 min und unmittelbar darauffolgendes Abschrecken in Wasser.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das gesinterte Werkstück vor dem Verfahrensschritt f) eine mechanische Oberflächenbehandlung erfährt und daraufhin in einen Mantel aus weichgeglühtem Kupfer, Eisen oder einer weichen Kupferlegierung eingekapselt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Oberflächenbehandlung in einem Abdrehen besteht und das derart bearbeitete Werkstück in ein weichgeglühtes Kupferrohr eingeführt und letzteres durch Abdecken der Enden mittels Stöpsel und Verlöten unter Argonatmosphäre vollständig verschlossen wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das isostatische Pressen unter c) in einem Rohr aus weichgeglühtem Kupfer, Eisen oder einer weichen Kupferlegierung erfolgt und dass der dadurch gebildete Mantel erst nach dem Verfahrensschritt g) mechanisch oder chemisch entfernt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das thermomechanische Bearbeiten des Verfahrensschrittes f) in einem Warmpressen, Warmstrangpressen, Warmschmieden, Warmwalzen oder Warmziehen besteht.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das thermomechanische Bearbeiten des Verfahrensschrittes f) in einem Rundhämmern besteht.
7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück Stabform aufweist, und dass abwechslungsweise während des Verfahrensschrittes f) auf 2 Rundhämmerstiche bei 950°C eine Homogenisierungsglühung bei 9500C folgt, derart, dass insgesamt 6 Rundhämmerstiche und 2 bis 3 Homogenisierungsglühungen durchgeführt werden.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der unter Verfahrensschritt f) angegebene Zyklus beliebig lang, bis zum Erreichen der endgültigen Form des Werkstücks fortgesetzt wird.
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