EP0045985A1 - Verfahren zur Herstellung einer Kupferbasis-Gedächtnislegierung - Google Patents

Verfahren zur Herstellung einer Kupferbasis-Gedächtnislegierung Download PDF

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EP0045985A1
EP0045985A1 EP81200691A EP81200691A EP0045985A1 EP 0045985 A1 EP0045985 A1 EP 0045985A1 EP 81200691 A EP81200691 A EP 81200691A EP 81200691 A EP81200691 A EP 81200691A EP 0045985 A1 EP0045985 A1 EP 0045985A1
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    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/12Both compacting and sintering
    • B22F3/16Both compacting and sintering in successive or repeated steps
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C1/00Making non-ferrous alloys
    • C22C1/04Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
    • C22C1/0425Copper-based alloys
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22FCHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/006Resulting in heat recoverable alloys with a memory effect

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a copper-based memory alloy according to the preamble of claim 1.
  • the invention is based on the object of specifying a production method for copper-based memory alloys which combines high reproducibility with the greatest possible simplicity and economy, is suitable for mass production and enables homogeneous, dense products in the form of semi-finished or finished products.
  • the coarse powder (grain size> 0.05 by plasma spheroidization, rotating electrode method, dropletization of a melt by means of ultrasonic excitation, atomization of a melt at high speed or by any other known method.
  • the blank was subjected to hot forming by open die forging at a temperature of approx. 800 ° C.
  • the diameter of the workpiece was essentially reduced so that a rod of 18 mm in diameter was finally available.
  • the process is in no way limited to this variant.
  • the starting powder can also consist of powders of different compositions, which together form the final alloy.
  • the grain diameter (particle size) of the powder can in principle be between 0.05 and 0.8 mm.
  • the pressure used in isostatic pressing can be 50 to 300 MPa, depending on the conditions and size of the workpiece to be produced, the associated pressing temperature, depending on the alloy, 750 to 950 ° C and the time period Y2 h to 5 h.
  • the hot-forming operation which can consist of forges, presses, rotary hammers, rollers, etc., is advantageously carried out in the temperature range between 750 and 850 ° C.
  • a hollow cylinder made of copper or a ductile copper alloy can also be used to encapsulate the powder.
  • the powder encapsulated in the rubber tube was subjected to a cold isostatic pressing process:
  • the cold-pressed blank was encapsulated in a copper cylinder of the following dimensions after removal from the rubber hose:
  • the copper cylinder was covered with a lid and sealed and welded under vacuum.
  • the capsule sealed in this way was then subjected to a hot isostatic pressing process with the following characteristics:
  • the blank was subjected to a heat treatment, which corresponded to a homogenization anneal under the following conditions:
  • Example 1 After homogenization, the workpiece was subjected to a forging operation similar to Example 1.
  • the method is not exhausted in this embodiment variant. Any mixture of master alloys and / or elementary powder in any number (two or more types of powder) can be used as the starting powder. The only requirement is that the desired final composition is achieved by mixing the powder.
  • a suitable plastic hose for cold isostatic pressing which is advantageously carried out at pressures of 300 to 800 MPa for 1 to 10 minutes, can also be used.
  • the Homogenization annealing can be carried out in the temperature range of 900 to 950 ° C for 1 to 20 h.
  • Alloys of the following composition are particularly suitable as alloys for this process:
  • the powder metallurgical process according to the invention and the semi-finished and finished products produced thereafter enable the production of workpieces from a memory alloy of the Cu / Al or Cu / Al / Ni type, which have better homogeneity compared to bodies produced by melt metallurgy or by conventional powder metallurgy methods, and allow economical production.

Abstract

Cu Al- oder Cu Al Ni-Gedächtnislegierungen werden pulvermetallurgisch dadurch hergestellt, dass unter Verwendung von Grobkornpulvern aus Vor- oder Endlegierungen mit 0,05 bis 0,8 mm Partikeldurchmesser eine Mischung erzeugt und diese in einen Metallbehälter unter Vakuum abgefüllt wird, worauf der Behälter verschlossen, verschweisst und heiss-isostatisch gepresst, sowie der entstandene Rohling warmverformt wird. Als Variante wird das Pulver in einen Gummischlauch abgefüllt und zunächst kalt-isostatisch gepresst, worauf der Rohling in einen Kupferzylinder gesteckt, der letztere verschlossen, heiss-isostatisch gepresst, homogenisiert und der entstandene Rohling warmverformt wird.

Description

  • Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Herstellung einer Kupferbasis-Gedächtnislegierung nach der Gattung des Anspruchs 1.
  • Gedächtnislegierungen des β-Sondermessingtyrps wurden bisher vorwiegend schmelzmetallurgisch hergestellt. Ferner sind Verfahren zur pulvermetallurgischen Herstellung derartiger Legierungen bekannt geworden (z.B. M. Follon, E. Aernoudt, Powder-metallurgically processed shape-memcry alloys, 5th European Symposium on Powder Metallurgy, Stockholm 1978, S. 275 - 231). Diese meist mit feinen bis sehr feinen Pulvern arbeitenden Methoden sind ganz allgemein aus der Pulvermetallurgie bekannt. Andererseits sind auch Herstellungsverfahren bekannt, welche verhältnismässig grobkörnige Pulver als Ausgangsmaterialien verwenden. Dies gilt vor allem für die Pulvermetallurgie von Titanlegierungen und von Nickelsuperlegierungen (z.B. G.H.Gessinger, Brown Boveri Research Center, "Titanium powder metallurgy and composites", Int. Tivankonferenz, Kyoto , Mai 1980; G.H.Gessinger and M.J.Eomford, "Powder metallurgy of superalloys", International Metallurgical Reviews 1974, Versucht man, nach den üblichen pulvermetallurgischen Methoden, d.h. durch Mischen, Pressen, Sintern, ev. abwechslungsweises mehrmaliges Pressen und Sintern von groben Pulvern aus Kupferlegierungen Werkstücke herzustellen, so erhält man bestenfalls filterähnliche poröse Gebilde, die für Sonderzwecke bereits seit einiger Zeit im Handel sind. Es besteht daher ein Bedürfnis nach einem Verfahren, welches kompakte, dichte Erzeugnisse liefert.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Herstellungsverfahren für Kupferbasis-Gedächtnislegierungen anzugeben, welches hohe Reproduzierbarkeit mit grösstmöglicher Einfachheit und Wirtschaftlichkeit verbindet, sich für die Massenerzeugung eignet und homogene, dichte Produkte in Form von Halbzeug oder Fertigerzeugnissen ermöglicht.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
  • Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden, durch Figuren erläuterten Ausführungsbeispiele beschrieben.
  • Dabei zeigt:
    • Fig. 1 das Fliessbild (Blockdarstellung) der grundsätzlichen Verfahrensschritte,
    • Fig. 2 das Fliessbild einer Ausführungsvariante des Verfahrens mit zusätzlichem kalt-isostatischem Pressen und Homogenisieren.
  • Grundsätzlich können die groben Pulver (Korngrösse>0,05 durch Plasma-Sphäroidisierung, Verfahren der rotierenden Elektrode, Zertropfen einer Schmelze mittels Ultraschallanregung, Verdüsen einer Schmelze unter hoher Geschwindigkeit oder durch jedes beliebige andere bekannte Verfahren hergestellt werden.
  • Ausführungsbeispiel I: Siehe Fliessbild Fig. 1
  • Nach dem Verfahren der rotierenden Elektrode wurde ein der endgültigen Legierung entsprechendes Grobkornpulver folgender Zusammensetzung und Partikelgrösse hergestellt:
    Figure imgb0001
  • 1500 g des Grobkornpulvers wurde gemischt und unter vakuum in ein metallenes Gefäss abgefüllt. Im vorliegenden Fall bestand letzteres aus einem dünnwandigen Hohlzylinder aus rostfreiem Stahl mit den folgenden Abmessungen:
    Figure imgb0002
  • Der Stahlzylinder wurde mit einem Deckel versehen und unter Vakuum verschlossen und verschweisst. Die auf diese Weise mit Pulver gefüllte Kapsel wurde einem heiss-isostatischen Pressvorgang mit folgenden Kenndaten unterworfen:
    • Isostatischer (hydrostatischer) Druck: 50 MPa
      Figure imgb0003
  • Nach erfolgtem Pressen wurde der Rohling einer Warmverformung durch Freiformschmieden bei einer Temperatur von ca. 800°C unterworfen. Dabei wurde im wesentlichen der Durchmesser des Werkstücks reduziert, so dass schliesslich ein Stab von 18 mm Durchmesser-vorlag.
  • Das Verfahren ist.keineswegs auf diese Ausführungsvariante begrenzt. Das Ausgangspulver kann auch aus Pulvern verschiedener Zusammensetzung bestehen, welche gesamthaft die Endlegierung ergeben. Der Korndurchmesser (Partikelgrösse) des Pulvers kann prinzipiell zwischen 0,05 und 0,8 mm liegen. Der beim isostatischen Pressen angewandte Druck kann je nach Verhältnissen und Grösse des zu erzeugenden Werkstücks 50 bis 300 MPa, die dazugehörige Presstemperatur je nach Legierung 750 bis 950°C und die Zeitdauer Y2 h bis 5 h betragen. Die Warmverformungsoperation, welche in Schmieden, Pressen, Rundhämmern, Walzen etc. bestehen kann, wird vorteilhafterweise im Temperaturbereich zwischen 750 und 850°C durchgeführt. Statt eines Gefässes aus rostfreiem Stahl kann auch ein Hohlzylinder aus Kupfer oder einer duktilen Kupferlegierung zur Einkapselung des Pulvers verwendet werden.
  • Ausführungsbeispiel II: Siehe Fliessbild Fig. 2.
  • Nach dem Verfahren der rotierenden Elektrode wurden 2 grobkörnige Vorlegierungspulver der nachfolgenden Zusammensetzung und Partikelgrösse hergestellt:
    Figure imgb0004
    Figure imgb0005
  • Je 500 g der beiden Pulver wurden gemischt und von der Mischung 800 g unter Vakuum in einen Gummischlauch von 88 mm Innendurchmesser und 110 mm Länge abgefüllt. Die Pulvermischung entsprach somit einer Legierung folgender Endzusammensetzung:
    Figure imgb0006
  • Das im Gummischlauch eingekapselte Pulver wurde einem kalt-isostatischen Pressvorgang unterworfen:
    Figure imgb0007
  • Der kalt vorgepresste Rohling wurde nach Entnahme aus dem Gummischlauch in einen Kupferzylinder folgender Abmessungen eingekapselt:
    Figure imgb0008
  • Der Kupferzylinder wurde mit einem Deckel versehen und unter Vakuum verschlossen und verschweisst. Hierauf wurde die auf diese Weise abgeschlossene Kapsel einem heiss-isostatischen Pressvorgang mit folgenden Kenndaten unterworfen:
    Figure imgb0009
  • Nach dem Pressen wurde der Rohling einer Warmbehandlung unterworfen, welche in einer Homogenisierungsglühung unter folgenden Bedingungen entsprach:
    Figure imgb0010
  • Nach erfolgter Homogenisierung wurde das Werkstück einer Schmiedeoperation ähnlich Beispiel 1 unterworfen.
  • Das Verfahren erschöpft sich nicht in dieser Ausführungsvariante. Als Ausgangspulver können beliebige Mischungen von Vorlegierungen und/oder Elementarpulver in beliebiger Anzahl (zwei oder mehr Pulverarten) Verwendung finden. Bedingung ist lediglich, dass durch das Mischen des Pulvers die gewünschte Endzusammensetzung erzielt wird.
  • Statt eines Gummischlauches kann auch ein geeigneter Kunststoffschlauch zum kalt-isostatischen Pressen, welches vorteilhafterweise bei Drücken von 300 bis 800 MPa während 1 bis 10 min durchgeführt wird, verwendet werden. Die Homogenisierungsglühung kann im Temperaturbereich von 900 bis 950°C während 1 bis 20 h durchgeführt werden.
  • Als Legierungen für dieses Verfahren eignen sich insbesondere solche der nachfolgenden Zusammensetzung:
    Figure imgb0011
  • Durch das erfindungsgemässe pulvermetallurgische Verfahren sowie die danach erzeugten Halbfabrikate und Fertigerzeugnisse wird die Herstellung von Werkstücken aus einer Gedächtnislegierung des Cu/Al- oder Cu/Al/Ni-Typs ermöglicht, welche gegenüber schmelzmetallurgisch oder nach herkömmlichen pulvermetallurgischen Methoden hergestellten Körpern eine bessere Homogenität aufweisen und eine wirtschaftliche Fertigung erlauben.

Claims (7)

1. Verfahren zur Herstellung einer Kupferbasis-Gedächtnislegierung auf pulvermetallurgischem Weg, dadurch gekennzeichnet, dass als Ausgangsmaterial ein grobkörniges Legierungspulver mit einer Partikelgrösse von 0,05 bis 0,8 mm Korndurchmesser benutzt wird, dass das Legierungspulver gemischt, in ein Gefäss abgefüllt, unter Vakuum verschlossen und unter einem Druck von 50 bis 300 MPa im Temperaturbereich von 750 bis 950°C während Y2 h bis 5 h heiss-isostatisch gepresst wird und dass der Pressling anschliessend bei einer Temperatur von 750 bis 850°C einer Warmverformungsoperation durch Schmieden, Pressen, Rundhämmern oder Walzen unterworfen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Ausgangsmaterial ein Legierungspulver der Endzusammensetzung der Gedächtnislegierung benutzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch l,'dadurch gekennzeichnet, dass als Ausgangsmaterial zwei oder mehrere Vorlegierungspulver benutzt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Gefäss eine Kapsel aus rostfreiem Stahl oder Kupfer benutzt und vakuumdicht verschweisst wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Gefäss ein Gummischlauch benutzt und das Legierungspulver zunächst unter einem Druck von 300 bis 800 MPa während 1 bis 10 min kalt-isostatisch gepresst und der so erhaltene Pressling vor dem heiss-isostatischen Pressen in einen Kupferzylinder eingekapselt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Pressling nach dem heiss-isostatischen Pressen und vor der Warmverformungsoperation einer Homogenisierungsglühung unter Schutzgasatmosphäre im Temperaturbereich von 900 bis 9500C während einer Zeit von 1 bis 20 h unterworfen wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Ausgangsmaterial ein Legierungspulver benutzt wird, welches in der Endzusammensetzung einer Gedächtnislegierung mit 10,5 bis 15 Gew.-% Aluminium, 0 bis 6 Gew.-% Nickel, Rest Kupfer entspricht.
EP81200691A 1980-08-07 1981-06-19 Verfahren zur Herstellung einer Kupferbasis-Gedächtnislegierung Expired EP0045985B1 (de)

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