EP0045985B1 - Verfahren zur Herstellung einer Kupferbasis-Gedächtnislegierung - Google Patents
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- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/12—Both compacting and sintering
- B22F3/16—Both compacting and sintering in successive or repeated steps
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
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- C22C1/00—Making non-ferrous alloys
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- C22C1/0425—Copper-based alloys
-
- 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
Definitions
- the invention relates to a method for producing a copper-based memory alloy according to the preamble of claim 1.
- Memory alloys of the ⁇ special brass type have so far mainly been produced by melt metallurgy.
- Methods for the powder metallurgical production of such alloys have also become known (e.g. M. Follon, E. Aernoudt, Powder-metallurgizally processed shape-memory alloys, 5th European Symposium on Powder Metallurgy, Swiss 1978, pp. 275-281). These methods, which mostly work with fine to very fine powders, are generally known from powder metallurgy.
- manufacturing processes are also known which use relatively coarse-grained powders as starting materials. This applies in particular to the powder metallurgy of titanium alloys and nickel superalloys (e.g.
- 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, and is suitable for mass production and enables homogeneous, dense products in the form of semi-finished or finished products.
- the coarse powders (grain size> 0.05 mm) can be produced 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 steel cylinder was provided with a lid and sealed and welded under vacuum.
- the capsule filled with powder in this way was subjected to a hot isostatic pressing process with the following characteristics:
- the blank After pressing, the blank was subjected to hot working 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 method is in no way limited to this embodiment 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 is between 0.05 and 0.8 mm.
- the pressure used in isostatic pressing is 50 to 300 MPa depending on the proportions and size of the workpiece to be produced, the associated pressing temperature is 750 to 950 ° C depending on the alloy and the time period is 1/2 h to 5 h.
- the hot forming operation by forging, pressing, round hammers and rolling is 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 carried out at pressures of 300 to 800 mPa for 1 to 10 minutes, can also be used.
- the homogenization annealing is carried out in the temperature range from 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 metallurgical methods and allow economical production.
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Description
- Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Herstellung einer Kupferbasis-Gedächtnislegierung nach der Gattung des Anspruchs 1.
- Gedächtnislegierungen des β-Sondermessingtyps wurden bisher vorwiegend schmelzmetallurgisch hergestellt. Ferner sind Verfahren zur pulvermetallurgischen Herstellung derartiger Legierungen bekannt geworden (z. B. M. Follon, E. Aernoudt, Powder-metallurgizally processed shape-memory alloys, 5th European Symposium on Powder Metallurgy, Stockholm 1978, S.275-281). 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. Titankonferenz, Kyoto, Mai 1980 ; G. H. Gessinger and M. J. Bomford, « Powder metallurgy of superalloys •, International Metallurgical Reviews 1974, Vol. 19, p. 51-76).
- 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 un 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:
- Figur 1 das Fliessbild (Blockdarstellung) der grundsätzlichen Verfahrensschritte,
- Figur 2 das Fliessbild einer Ausführungsvariante des Verfahrens mit zusätzlichem kalt-isostatischem Pressen und Homogenisieren.
- Grundsätzlich können die groben Pulver (Korngrösse > 0,05 mm) 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.
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- 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 liegt zwischen 0,05 und 0,8 mm. Der beim isostatischen Pressen angewandte Druck beträgt 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 1/2 h bis 5 h. Die Warmverformungsoperation durch Schmieden, Pressen, Rundhämmern und Walzen wird 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.
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- 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 bei Drücken von 300 bis 800 mPa während 1 bis 10 min durchgeführt wird, verwendet werden. Die Homogenisierungsglühung wird im Temperaturbereich von 900 bis 950 °C während 1 bis 20 h durchgefürt.
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- Durch das erfindungsgemässe pulvermetallurgische Verfahren sowie die danach erzeugten Halbfabrikate und Fertigerzeugnisse wird die Herstellung von Werkstücken aus einer Gedächtnislegierung des Cu/AI- oder Cu/AI/Ni-Typs ermöglicht, welche gegenüber schmelzmetallurgisch oder nach herkömmlichen pulvermetallurgischen Methoden hergestellten Körpern eine bessere Homogenität aufweisen und eine wirtschaftliche Fertigung erlauben.
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