FI66206B - Produkt som aer reversibelt i vaerme och foerfarande foer dessframstaellning - Google Patents

Description

I-- —-"-M r*l m\ KUULUTOSJULKAISU

JjSTf ® ^ UTLAGGNINGSSMUFT 6 6206 C (45) Pii tentti n ycnr.rtty 10 C9 1934 ^1) K«Jlu/lM.a.3 C 22 F 1/08 // C 22 C 9/0^+ SUOMI—FINLAND pi) 753757 (22) HakMuhpINt—AwWmlnf^tf 31.12.75 (23) ANnfflM—GMtiglMCsd^ 31.12.75 (41) TafetHklMkal—MvKoffantMt 19.08.76 "JiJSESS: «»»rasas- 3'·«·« (32)(33)(31) *rr*«*r **»Μη-**Η ψλ»*μ 18.02.75 USA(US) 550847 (71) Raychem Corporation, 300 Constitution Drive, Menlo Park, California 94025, USA(US) (72) Greville Bertram Brook, High Wycombe, Buckinghamshire, Iso-Britannia-Storbritannien(GB), Peter Leonard Brooks, Palo Alto, California,

Roger Francis lies, Foster City, California, USA(US) (74) Berggren Oy Ab (54) Lämmössä palautuva tuote ja menetelmä sen aikaansaamiseksi -

Produkt som Mr reversibelt i värme och förfarande för dess framstälIning Tämä keksintö koskee lämmössä palautuvia tuotteita ja menetelmiä, joilla niitä saadaan.

Metallisia seoksia, esimerkiksi lejeerinkejä, joilla on sellaiset ominaisuudet, että ne kykenevät läpikäymään reversiibelin muutoksen aus-tenniittisesta martensiittiseen tilaan, tunnetaan ja joistakin näistä voidaan muodostaa elementtejä, jotka ovat lämmössä palautuvia. Tällaisia lejeerinkejä ovat esimerkiksi ne, jotka on esitetty amerikkalaisissa patenteissa 3 012 882, 3 174 851, 3 351 463, 3 567 523, 3 753 700 ja 3 759 552, belgialaisessa patentissa 703 649 ja englantilaisissa patenteissa 1 315 652, 1 315 653, 1 346 046 ja 1 346 047 ("Fulmerin patentit").

Tällaisia lejeerinkejä paljastetaan myös NASA:n julkaisussa SP 110 "55-Nitinol-the alloy with a memory, etc" (U.S. Government Printing Office, Washington, D.C. 1972), N. Nakanishi et al., Scripta Metallurgica 5, 433-440 (Pergamon Press 1971).

Näillä ja muilla lejeeringeillä on yhteisenä se piirre, että niille tapahtuu leikkausrasitusmuutos jäähdytettäessä korkean lämpötilan 66206 (austenniittisesta) tilasta matalan lämpötilan (tai martensiittiseen) tilaan. Jos tällaisesta lejeeringistä tehtyä elementtiä deformoidaan sen ollessa martensiittisessa tilassaan, se jää tällä tavoin defor-moituneeksi. Jos se kuumennetaan sen palauttamiseksi lämpötilaan, jossa se on austenniittinen, se pyrkii palautumaan deformoimattomaan muotoonsa. Siirtyminen yhdestä tilasta toiseen tapahtuu molempiin suuntiin tietyllä lämpötila-alueella. Lämpötilaa, jossa martensiitti alkaa muodostua jäähdytettäessä, nimitetään lämpötilaksi M , kun taas lämpötilaa, jossa tämä prosessi on mennyt loppuun, nimitetään lämpötilaksi Mf, molempien näiden lämpötilojen ollessa niitä, jotka saavutetaan suurilla, esim. 100°C/min:n näytteen lämpötilamuutoksilla, so. Mperus"-M ja M_. Samalla tavoin austenniittiseksi muuttumisen S 2 alku- ja loppulämpötilaa merkitään kirjaimilla Ag ja A^. Yleensä M on alempi lämpötila kuin Ag ja M on alempi lämpötila kuin A^..

M voi olla yhtäsuuri, alhaisempi tai korkeampi kuin A riippuen

o S

lejeerinkiseoksesta ja myös lejeeringin lämpömekaanisesta historiasta. Muutosta yhdestä muodosta toiseksi voidaan seurata mittaamalla jotakin materiaalin lukuisista fysikaalisista ominaisuuksista yllä kuvatun deformaation palautumisen lisäksi, esimerkiksi sen sähköistä resistiivisyyttä, jossa esiintyy anomaliaa, kun muutokset tapahtuvat. Jos koordinaatistoon merkitään resistiivisyyslämpötila- tai jännitys-lämpötilakäyrät, viiva, joka yhdistää pisteet M , M„, A , A ja jäi-leen pisteen M , muodostaa silmukan, jota kutsutaan hystereesisilmu- kaksi. Monilla aineilla M ja A ovat suunnilleen samassa lämpö- S s tilassa.

Eräs erityisen hyödyllinen lejeerinki, jolla on palautumiskyky lämmössä tai muotomuisti, on metallien välinen yhdiste TiNi, amerikkalainen patentti 3 174 851. Lämpötila, jossa lejeerinkien deformoidut kappaleet palautuvat alkuperäiseen muotoonsa, riippuu lejeerinkiseoksesta, kuten englantilaisessa patentissa 1 202 404 ja amerikkalaisessa patentissa 3 753 700 esitetään, esimerkiksi alkuperäisen muodon palautuminen voidaan saada tapahtumaan huoneenlämpötilassa, sen alapuolella tai yläpuolella.

Tietyissä kaupallisissa sovellutuksissa, joissa käytetään lämmössä palautuvia lejeerinkejä, on toivottavaa, että As on korkeammassa lämpötilassa kuin M seuraavasta syystä. Esimerkiksi hydraulisia kompo-nentteja varten tarkoitettuja kytkimiä, jotka esitetään englantilaisissa patenteissa 1 327 441 ja 1 327 442, myydään deformoidussa 66206 (so. venytetyssä) muodossa. Asiakas asettaa venytetyn kytkimen komponenttien päälle (esimerkiksi hydraulisten putkijohtojen päät), jotka on tarkoitus liittää yhteen ja nostaa kytkimen lämpötilaa. Kun sen lämpötila saavuttaa austeniittisen muutosalueen, kytkin palautuu tai yrittää palautua alkuperäiseen konfiguraatioon-sa ja kutistuu liitettävien komponenttien päälle. Koska on välttämätöntä, että kytkin pysyy austeniittisessa tilassaan käytön aikana (esimerkiksi jännityksen laukeamisen estämiseksi marten-siittisen muutoksen aikana ja koska austeniitin mekaaniset ominaisuudet ovat paremmat), materiaalin M valitaan sen lämpötilan ala- o puolelta, jonka se mahdollisesti voi saavuttaa käytössä niin, että käytön aikana materiaali pysyy joka hetki austeniittisesa tilassa. Tästä syystä sitä on deformoinnin jälkeen pidettävä esimerkiksi nestemäisessä typessä, kunnes sitä käytetään. Jos kuitenkin A -lämpötilaa, joka tässä käytettynä tarkoittaa sitä lämpötilaa, joka merkitsee jatkuvan sigmoidaalisen muutoksen alkamista merkittynä jännitysaikakäyrälle koko sille martensiitille, joka kykenee muuttumaan austeniitiksi, austeniittiseen tilaan, voitaisiin nostaa vaikka vain tilapäisesti esimerkiksi yhden kuumennusjakson ajaksi ilman vastaavaa M -pisteen nousua, venytettyä kytkintä voitaisiin

S

pitää korkeammassa ja mukavammassa lämpötilassa.

Tämän keksinnön mukaisesti aikaansaadaa menetelmä sellaisen tuotteen valmistamiseksi, jossa austeniittisen ja martensiittisen olotilan välillä reversiibelisti muuttuvasta metallisesta aineesta valmistetun lämmössä palautuvan tuotteen lämpöpalautumislämpötilaa korotetaan.

Keksinnön menetelmässä elementti kuumennetaan hitaasi lämpötilasta, jossa se on martensiittisessa tilassa, lämpötilaan, joka on sen normaalilla A -A„-alueella tai sen yläpuolella, nopeudella, joka estää seoksen oleellisen muutoksen austeniittiseen tilaan.

Tämä nopeus riippuu, kuten alla yksityiskohtaisesti selostetaan, lejeeringistä, mutta alle l°C/min:n nopeutta voidaan pitää sopivana. LämpÖpalautuvuus voidaan aikaansaada seokseen deformoimalla sitä sen ollessa martensiittisessa tilassa alkuperäisestä konfi-guraatiosta ennen hitaan kuumennuksen päättämistä tai sen jälkeen. Lejeerinki voidaan jäähdyttää sen lämpötilan alapuolelle, johon se on hitaasti lämmitetty, tai pitää tässä lämpötilassa varastoituna.

66206 4 Tällä tavoin käsitellyt tai vakioidut metalliseokset säilyttävät merkittävän osan niistä ominaisuuksista, jotka liittyvät niiden martensiittiseen tilaan, aina siihen lämpötilaan saakka, jossa hidas lämmitys lopetettiin. Seoksen muuttaminen sen austeniit-tiseen tilaan toteutetaan kuumentamalla nopeasti seos sen lämpötilan yläpuolelle, jossa hidas lämmitysvaihe lopetettiin. Jos seos ennen sen nopeaa kuumennusvaihetta deformoidaan, aiheutetaan palautuminen alkuperäiseen muotoon nopealla kuumennusvai-heella.

Tämän keksinnön tarkoituksena on lisäksi aikaansaada lämmössä palautuva tuote, joka on metallista ainetta, joka kykenee läpikäymään reversiibelin muutoksen martensiittisen ja austeniitti-sen olotilan välillä.

Keksinnön mukaan tämä aikaansaadaan siten, että metallisella aineella on laajennettu M /A -hystereesisilmukka, jolloin sen A on korkeampi kuin sen normaali A aineelle, jolla on sama kokoomus. Tuote tehdään lämmössä palautuvaksi deformoimalla se sen ollessa martensiittisessa tilassa minä hetkenä tahansa, mutta käytännön syistä mieluummin ennen tai jälkeen hitaan lämmitysvaiheen, siitä konfiguraatiosta, joka sillä oli sen ollessa austeniittisessa tilassa. Kun tuotetta on määrä käyttää, se kuumennetaan yksinkertaisesti jälleen millä tahansa sopivalla suurella nopeudella, esim. 5°C/min tai nopeammin; mieluummin 100°C/min tai nopeammin ja A -lämpötilan havaitaan

S

määräytyvän sen lämpötilan mukaan, johon se hitaasti lämmitettiin ja usein olevan suunnilleen juuri se. Tämä keksintö tarjoaa myös käytettäväksi tuotteen tai lejeeringin, jolla on yllä olevalla menetelmällä aikaansaadut ominaisuudet. Tästä menetelmästä käytetään jäljempänä nimitystä "esikäsittely" ja saadusta lejeeringistä nimitystä "esikäsitelty".

5 66206

Keksintöä kuvataan nyt yksityiskohtaisemmin vain esimerkin vuoksi viitaten liitteenä oleviin piirroksiin, joissa:

Kuva 1 on graafisessa muodossa oleva esitys lämmössä palautuvan tuotteen osoittamasta dimensionaalisesta muutoksesta.

Kuva 2 esittää graafisesti erästä esimerkkiä sen lämpötila-alueen kohoamisesta, jolla muutos martensiitista austenniitiksi tapahtuu, joka kohoaminen on saavutettu tämän keksinnön menetelmällä.

Kuvat 3a ja 3b esittävät hitaan lämmityksen vaikutusta erilaisiin le-jeerinkeihin, jotka sisältävät kuparia, sinkkiä ja piitä.

Kuva 4 esittää lämmitysnopeuden vaikutusta lämmössä palautuvan lejee-ringin palautumiseen.

Kuva 5 esittää venymän vaikutusta lejeerinkien reagoinnille tämän keksinnön menetelmään nähden.

Kuvat 6a, 6b, 6c esittävät hitaan lämmityksen vaikutusta useisiin eri lejeerinkeihin, jotka sisältävät kuparia, alumiinia ja sinkkiä.

Kuvat 7a ja 7b esittävät esimerkkejä tämän keksinnön prosessin mahdollisista vaikutuksista venymä-lämpötilakäyrään.

Viitaten kuvaan 1 tarkastellaan kuvaamistarkoituksessa osaa, jonka on oltava toimintakelpoinen jopa -30°C:n lämpötiloihin saakka. Tähän tarkoitukseen valittaisiin lejeerinki, jolla on martensiittisen muutoksen alku jäähdytettäessä -30°C:een tai sen alapuolelle. Kuparipoh-jaisilla &-faasilejeeringeillä se lämpötila, jossa elementin alkuperäisen muodon palautuminen deformoidusta tilasta, jota osoittaa kuvan 1 varjostettu alue, alkaisi kuumennettaessa, olisi myös suunnilleen ~30°C ja palautuminen alkuperäiseen muotoon olisi mennyt loppuun seu-raavan 40-50°C:n alueella. Huoneenlämpötilaan mennessä osa olisi palautunut alkuperäiseen muotoonsa, kuten kuvassa 1 esitetään. Kun tarkoituksena on verrata palautumisominaisuuksia, hyödyllisempi graafinen esitys saavutetaan piirtämällä sen palautumisen määrä, joka tapahtuu kunkin lämmitysvälin aikana, so. merkitsemällä koordinaatiston kuvassa 1 olevan käyrän ensimmäinen derivaatta, kuten kuvassa 2. Tämän keksinnön avulla palautumisaluetta voidaan siirtää sen tavallisesta asemasta kohdasta (a) uuteen asemaan (b), kuten kuvassa 2 esitetään.

Eräällä lejeeringillä, joka alkaa muuttua jäähdytettäessä n. -30°C:ssa, on nimelliskoostumus 66,^5 paino-? Cu, 31,55 paino-? Zn, 2,00 paino-?

Oi. Lejeerinki voidaan sulattaa ja työstää haluttuun lopulliseen muotoonsa tavanomaisin keinoin. Muotoiltu osa kuumennetaan sitten 6 66206 kokonaan 3-muodossa olevalle alueelle, so. 700°C:een tai korkeammalle, mutta alle 950°C:een. Osan oltua useita minuutteja tässä lämpötilassa se jäähdytetään veteen, jäähdytetään sitten esimerkiksi kiinteällä hiilidioksidilla ja etyylialkoholilla sen muuttamiseksi matalan lämpötilan rakenteeseen. Matalassa lämpötilassa osa deformoidaan uuteen muotoonsa; hyvät tulokset saavutetaan 6-10 %:n venymillä. Osaa kuumennetaan sitten hitaasti, esim. 0,25°C/min muutoksen viivyttämiseksi, kunnes haluttu palautumislämpötila, esim. +40°C on saavutettu. Osa jäähdytetään takaisin huoneenlämpötilaan. Kun osa on määrä palauttaa alkuperäiseen muotoonsa, sitä kuumennetaan nopeasti, esim. n. 100°C/ min. Palautuminen alkaa +40°C:n läheisyydessä ja on päättynyt n. 100° C:een mennessä. Jäähdytettäessä muutos matalan lämpötilan faasiin ei tapahdu -30°C:n yläpuolella. Jos osa jäähdytetään jälleen -79°C:een ja deformoidaan ja kuumennetaan sitten nopeasti, palautuminen alkaa -30°C:ssa.

Uskotaan, että Ag-pisteen lämpötilakasvulla saattaa olla maksimi, joka voidaan saavuttaa keksinnön prosessilla. Esimerkiksi nostettaessa 3-messingin lämpötilaa materiaalilla on pyrkimys muuttua a- ja 3-ma-teriaalin tasapainoseokseksi. Tämä estäisi kaiken hyödyllisen A -

S

lämpötilan lisäkasvun. Tämän keksinnön prosessilla joidenkin lejee- rinkien A voidaan kuitenkin nostaa 100°C:lla eikä uskota, että tämä s 3 on suurin mahdollinen saavutettava arvo.

Keksinnön sovellettavuus riippuu jossain määrin lejeeringin koostumuksesta. Ottaen huomioon, että jonkin verran reagointia palautumislämpö-tila-alueen säädölle havaittiin Fulmer'in patenteissa kuvatuilla lejee-ringeillä, rajoitetumpi alue reagoi merkittävästi paremmin. Hyvän reaktion seosalue Cu-Zn-Si-systeemissä käsittää lejeeringit, joissa normaali M on niinkin matala kuin n. -80°C. Useimmat yllä ehdote-

S

tuista sovellutuksista vaativat muutoksen alkamista jäähdytettäessä huoneenlämpötilan alapuolelle, mutta tämä rajoitus ei päde kaikkiin sovellutuksiin. Tiettyjen lejeerinkiseosten, joilla muutos jäähdytettäessä alkaa huoneenlämpötilassa tai sen yläpuolella, on havaittu reagoivan hyvin tämän keksinnön prosessille. Lejeerinkejä, joilla on hyvät reaktiot ja joilla muutos alkaa jäähdytettäessä +100°C:n läheisyydessä, on löydetty Cu-Zn-Al- ja Cu-Zn-Si-systeemeistä.

Sen palautumisen määrä, joka tapahtuu kohonneella palautumisalueella, maksimoituu usein, ellei lejeerinkiä pidetä siinä lämpötilassa, jossa 7 66206 hidas lämmitys lopetetaan, pitkää aikaa ennen nopean kuumennuksen tai jäähdytyksen aloittamista matalampaan varastolämpötilaan.

Tietyillä lejeeringeillä, joilla vaaditaan nopeaa jäähdytystä sellaisen rakenteen varmistamiseksi huoneenlämpötilassa, joka kykenee läpikäymään palautuvan martensiitti-austenniittimuutoksen, on suositeltavaa, että lejeerinki alunperin jäähdytetään korkeasta lämpötilasta (esimerkiksi n. 800°C:sta) lämpötilaan, joka on mieluummin M -pis-

S

teen yläpuolella, sellaisella nopeudella, että se on yhä oleellisesti austenniittinen. Joillakin näistä lejeeringeistä on pyrkimys menettää austenniitti-martensiitti-palautuvuus. Tällaisen menetyksen hillintä on selvästi toivottavaa.

Tämä voidaan saavuttaa pitämällä lejeerinkiä jäähdytysaineen lämpötilassa tai jossakin kohtuullisesti korotetussa lämpötilassa. Esimerkiksi, kun kyseessä ovat lejeeringit, joiden M on n. 0-20°C, niiden pitäminen n. 50-150°C:ssa n. 10 minuutin ajan korkeammissa lämpötiloissa ja 24 tai jopa useita päiviä matalammissa lämpötiloissa on tavallisesti riittävä. Jälkimmäisestä menettelystä käytetään nimitystä "vanhennus" ja se on aiheena patenttihakemuksessa nro 753756 samalta päivältä.

Sanonta "vanhennus" sellaisena kuin sitä käytetään tässä patenttimää-rityksessä määritellään näin ollen materiaalin pitämiseksi lämpötilassa, joka on sen M -pisteen yläpuolella, ja "vanhennettu" materiaali on sellainen, jota on pidetty sen M -pistettä korkeammassa lämpötilas-sa. On otettava huomioon, että sillä lämpötila-alueella on olemassa yläraja, jossa mitä tahansa annettua materiaalia voidaan vanhentaa. Esimerkiksi , kuten yllä esitettiin β-messinki pyrkii muuttumaan a-ja β-materiaalien tasapainoseokseksi korotetuissa lämpötiloissa ja alaan perehtyneet ovat tietoisia, että muilla materiaaleilla voi tapahtua muita haitallisia muutoksia sen jälkeen, kun ne on saatettu alttiiksi hyvin korkeille lämpötiloille, mitä on tämän vuoksi vältettävä.

Lejeeringeillä, joilla perus-M on huoneenlämpötilassa, 50°C osoittau-tuu sopivaksi jäähdytysaineen ja vanhennuslämpötilaksi. Jos lejeerinki on jäähdytetty matalampaan lämpötilaan (so. sellaiseen, jossa muutos martensiitiksi tapahtuu), sitä vanhennetaan, so. mieluummin kuumennetaan sitten lämpötilaan, jossa lejeerinki muuttuu austenniitik- 66206 8 si, ja pidetään tässä lämpötilassa sopiva aika. Vanhennusprosessi on suositeltavaa suorittaa niin pian kuin mahdollista jäähdytyksen j älkeen.

On havaittu, että tätä lejeerinkien käsittelyä minkä tahansa lämpötilan yläpuolella, jossa martensiittia esiintyy, voidaan käyttää palautuvan austenniitti-martensiittimuutoksen menetyksen estämiseen tai hillitsemiseen, kun materiaaleja varastoidaan. Mitä korkeampi on vanhennus-käsittelyn lämpötila sitä lyhyemmän tarvitsee käsittelyajan olla.

Uskotaan, että tietyllä lejeeringillä on lämmitysnopeuksien alue johonkin maksimiin saakka, joka kelpuutetaan "hitaaksi", ja nopeuksien alue jostakin minimistä alkaen, joka kelpuutetaan "nopeaksi". Tämän maksimin ja minimin välillä on kriittinen alue, jossa A -lämpötila vaihte-

S

lee normaaliarvonsa ja hyvin korkean lämpötilan välillä.

Ei ole mahdollista määritellä numeerisia alueita "nopealle" ja "hitaalle", jotka sopisivat kaikille lejeeringeille, koska tämä riippuu useista tekijöistä. Eräs seikka on se, että fysikokemialliset prosessit ovat lämpötilasta riippuvia ja tällaiset prosessit tapahtuvat paljon hitaammin esim. -40°C:ssa kuin +40°C:ssa. Lejeeringillä, jonka M on -40°C:ssa, pätee yleisesti, että sekä "hidas" että "nopea" läm-mitysnopeus ovat hitaampia kuin "muuten samanlaisella" materiaalilla, jonka M on +40°C:ssa. Sitä paitsi, koska muuten samanlaisella ma- b teriaalilla on välttämättä hieman erilaiset komponenttialkuaineiden suhteet, nämä alkuaineet ja suhteet vaikuttavat joka tapauksessa "nopean" ja "hitaan" rajoihin.

Edelleen vaaditut kuumennusnopeudet riippuvat lejeerinkisisällöstä ja vanhennusasteesta. Esimerkiksi lejeeringissä, joka sisältää kuparia, sinkkiä ja piitä ja jonka piipitoisuus on esim. 1 % tai joka on saatettu alttiiksi lyhyelle vanhennusajalle, sekä "hitaan" että "nopean" lämmitysnopeuden kriittiset arvot ovat korkeammat kuin materiaalissa, jolla on pienempi piipitoisuus tai pitempi vanhennusaika. On pelkkä rutiinikoeasia määrittää suositeltavat ja kriittiset nopeudet annetulle lejeeringille. Riittää kun sanotaan kuitenkin, että annetulla lejeeringillä on olemassa yläraja "hitaalle" lämmitykselle ja alaraja "nopealle" lämmitykselle ja nämä rajat voidaan helposti saada selville annetulle lejeeringille yksinkertaisella rutiinikokeella.

66206

On suositeltavaa, että lejeerinki on metallien välinen yhdiste. Sopivista lejeeringeistä voidaan mainita kupari-sinkki- ja kupari-alumiini-lejeeringit, jotka mieluummin sisältävät suhteellisen pieniä määriä alumiinia, piitä, tinaa tai mangaania tai niiden seoksia ja jotka le-jeeringit voivat, kuten uskotaan sisältää korkeintaan n. 20 paino-# tai enemmän (laskettuna kuparin ja sinkin tai kuparin ja alumiinin painosta) kolmatta komponenttia tai kaikkiaan lisäkomponentteja. Hyödyllisten palautumismäärien saavuttamiseksi lejeeringin murtovenymän martensiittisessa tilassa tulee olla vähintään noin 5 %· On otettava huomioon, että muiden metallien kuin kuparin ja sinkin määrä vaikuttaa lejeerinkien muutoslämpötilaan ja muihin ominaisuuksiin. Tässä keksinnössä käytettäväksi sopivia lejeerinkiä ovat 69,7 % Cu, 26,3 %

Zn, 4 % AI; 62,2 % Cu, 37,3 % Zn, 0,5 % AI; ja 80,5 % Cu, 10,5 % AI, 9 % Mn. Tämän patenttimäärityksen esimerkkeinä selostetaan eräine yksityiskohtineen lejeerinkejä, joissa on n. 65 % kuparia ja 35 % sinkkiä ja valinnaisesti on lisätty korkeintaan 2 tai 3 % piitä tai korkeintaan 3 tai 4,5 % alumiinia, näiden ollessa painoprosentteja. Keksinnön prosessit ovat kuitenkin sovellettavissa lejeeringeille, joiden M -lämpötilat ovat esimerkiksi matalampia tai korkeampia kuin 5 ympäristön lämpötila, ja lejeeringeille, esim. niille, jotka perustuvat kultaan tai hopeaan, siis muille kuin kuparipohjaisille eikä keksintöä ole katsottava rajoitetuksi niihin, joita selostettiin yksityiskohtaisesti. Esimerkiksi lisälejeerinkejä ovat ne, jotka on paljastettu yllä mainituissa Fulmer1in patenteissa.

Keksinnön termisessä esikäsittelymenetelmässä materiaali voidaan deformoida joko ennen ensimmäistä hidasta lämmitystä tai hitaan lämmityksen jälkeen tai hitaan lämmityksen ja senjälkeisen jäähdytyksen jälkeen, deformoinnin tapahtuessa kummassakin tapauksessa oleellisesti martensiittisessa tilassa edullisesti M^-pisteen alapuolella ja mieluummin juuri M^-pisteen alapuolella.

Muuttujat, jotka tulee pitää mielessä keksinnön menetelmää käytettäessä, ovat seuraavat:

Kun kyseessä ovat kupari-sinkki- ja kupari-alumiinilejeeringit, kyetäkseen läpikäymään palautuvan austenniitti-martensiittimuutoksen on lejeeringin oltava oleellisesti 3-faasissa. Lejeeringillä, josta yli n. 70 % on β-faasissa, on normaalisti oleellisesti samat ominaisuudet kuin puhtaalla β-faasimateriaalilla. Näin ollen niissä tapauk- 66206 10 sissa, joissa on tarpeen lämmittää lejeerinki korkeaan lämpötilaan β-faasin saamiseksi, on valittava lämpötila, jossa ainakin huomattava osa lejeeringistä on β-faasissa. Lämpötila-alue, jossa lejeerinki tulee oleellisesti B-faasiin, vaihtelee lejeeringin koostumuksen vaihdellessa. Kupariperustaisilla lejeeringeillä tämä saattaa tapahtua niinkin alhaalla kuin n. 700°C:ssa.

Lejeerinki on jäähdytettävä lämpötilaan, jossa 3-faasi esiintyy metastabiilissa tilassa, so. ilman merkittävää pyrkimystä muuttua a-faa-siin. Sitä paitsi jäähdytysnopeuden jäähdytysaineen lämpötilaan tulee olla riittävän nopea niin,että α-faasisaostuminen jäähdytettäessä ei ole merkittävä. Jäähdyttimen M -pisteen alapuolelle saattaa vai-

S

kuttaa haitallisesti lämmössä palautuviin ominaisuuksiin, kun taas joissakin tapauksissa jäähdyttäminen liian paljon M -pisteen yläpuo-

S

lelle ei ehkä anna riittävän nopeaa jäähtymistä yllä mainitun a-faasi-saostumisen estämiseksi kuparilejeeringeissä. Suositeltava jäähdytys-aineen lämpötila on se, joka ei vaikuta haitallisesti lämmössä palautuvaan käyttäytymiseen ja n. 20°C on käytännössä sopiva lejeeringeille, joiden M on alle 0°C. s Lämmitysnopeus matalan lämpötilan martensiitista on tärkeä. Kvalitatiivisesti ’'hidas” lämmitysnopeus on sellainen, joka on riittävän hidas estääkseen oleellisesti martensiitin muutoksen austenniitiksi normaalissa A -lämpötilassa ja sen yläpuolella. Esimerkiksi nopeuk-sien 0,01-1,0°C/min uskotaan olevan sopivia kupari-sinkkilejeeringeille, jotka sisältävät alumiinia ja/tai piitä. ’’Suuri” lämmitys-nopeus on sellainen, joka tekee mahdolliseksi normaalin A -lämpöti-lan, kun lejeerinki lämmitetään suoraan martensiitista, tai sellainen joka mahdollistaa martensiitin muutoksen austenniitiksi valitussa korkeammassa A -lämpötilassa, kun sitä käytetään "hitaan” lämmityksen j älkeen.

Ottaen huomioon, että prosessia voidaan käyttää venyttämättömien näytteiden palauttamislämpötila-alueen säätöön, venymän kohdistaminen niihin vaikuttaa keskenään koostumuksen kanssa määrättäessä optimi-olosuhteita palautumisalueen säätämiseksi. Esimerkiksi, kun venymää nostetaan, pienemmät piiväkevyydet antavat optimireaktion Cu-Zn-Si-systeemissä.

Myös rasitus on otettava huomioon, sillä jäähdytysmuutosalue liikkuu korkeampiin lämpötiloihin suuremmilla rasituksilla. Samalla tavoin 66206 lämpötila, joka vaaditaan täydelliseen palautumiseen lämmittäessä, on korkeampi, jos osa palautuu rasituksen alaisena tai tulee rasitetuksi palautumisen seurauksena.

Kuten kuvissa 7a ja 7b esitetään, tämän keksinnön hitaan lämmityksen vaikutus saattaa vaihdella. Kuten kuvassa 7a esitetään, saattaa syntyä uusi A -piste, jolla on merkintä A , jossa oleellisesti kaikki lämpö- S 36 palautuminen alkaa tapahtua, kun kappaletta lämmitetään palautumis-tarkoituksessa. Vaihtoehtoisesti kuten kuvassa 7b esitetään, tämän keksinnön hitaan lämmityskäsittelyn vaikutuksena voi olla uuden A - b ti pisteen syntyminen samalla kun se säilyttää vähäisen osoituksen normaalista A -pisteestä. Vaikka hakemuksen tekijöitä ei ole tarkoitus

S

sitoa mihinkään erikoiseen keksintönsä toimintateoriaan, uskotaan että normaalin As-pisteen vähäisen osoituksen säilyminen saattaa johtua lämpöpalautumisnopeuden luontaisesta vallitsevuudesta hitaalla lämmitysnopeudella hystereesisilmukan laajenemiseen normaalissa A -

S

pisteessä tai vaihtoehtoisesti voidaan synnyttää tarkoituksellisesti suorittamalla tämän keksinnön hitaan lämpökäsittelyn alkuosa riittävän suurella nopeudella vähäisen lämpöpalautumisen aiheuttamiseksi normaalissa Ag-pisteessä.

Yllä olevasta on ymmärrettävä, että A määräytyy sen lämpötilan mu- S 6 kaan, jossa hidas lämmitys lopetetaan. Hidas lämmitys voidaan lopettaa joko jäähdyttämällä tai aloittamalla nopea lämmitys, joka jos sitä suoritetaan riittävän pitkä aika, johtaa kaiken sen muuttumisky-kyisen martensiitin täydelliseen muuttumiseen, joka on läsnä silloin, kun nopea lämmitys aloitetaan. Näin ollen tämän keksinnön avulla tarkastellaan ja kuuluu sen suojapiiriin synnyttää uusi A -piste, jossa näin käsitellystä metalliseoksesta valmistetun elementin hyödyllinen palautuminen voidaan aloittaa.

Tämän keksinnön mukaisesti valmistetun elementin konfiguraatio sekä palautuvassa että palautuneessa tilassa riippuu siitä lopullisesta käytöstä, johon elementti on tarkoitus asettaa. Esimerkiksi sylinte-rimäisiä elementtejä voidaan valmistaa siten, että ne kutistuvat tai laajenevat säteen suunnassa tai konfiguraatio voi muuttua kierretystä kiertämättömäksi tai päinvastoin tai elementille voi tapahtua pituuden muutos tai siirtyminen voi tapahtua I-muodosta L-muotoon.

Tämä keksintö tarjoaa mm. käytettäväksi menetelmän lämmössä palautuvien metallielementtien palautumislämpötilan säätämiseksi, jossa 12 66206 elementti voidaan varustaa edeltäkäsin asetetulla palautumisalueella, jota voidaan vaihdella huomattavissa rajoissa yksinkertaisesti lopettamalla hidas lämmitys valitussa pisteessä.

Tämän keksinnön tuotteet ovat martensiittisia laajemmalla lämpötila-alueella kuin tuotteet, joilla on sama koostumus, mutta joille ei ole suoritettu tämän keksinnön mukaista käsittelyä. Koska martensiitti-seoksilla on erinomaiset vaimennusominaisuudet, kykenevät läpikäymään deformoinnin ilman väsymistä, deformoituvat helposti ja omaavat alhaisen Young’in modulin, tämä keksintö antaa käytettäväksi laajemman metalliseosten ryhmän, jolla on nämä ominaisuudet, kuin aikaisemmin oli saatavissa.

Seuraavat esimerkit kuvaavat keksintöä:

Esimerkki 1

Suoritettiin sarja kokeita Cu-Zn-Si- ja Cu-Zn-Al-systeemeissä olevien eri seosten reaktioasteen määrittämiseksi tämän keksinnön termiselle esikäsittelyprosessille. Lejeerinkinäytteet valettiin sulatteista, joilla oli erilaiset kuparin, sinkin ja joko piin tai alumiinin suhteet. Valanteet kuumavalssattiin nauhoiksi ja leikattiin koekappaleiksi kooltaan n. 37 mm x 3 mm x 0,75 mm. Kaikkia koekappaleita kuumennettiin, kunnes ne muuttuivat korkean lämpötilan täys-p-faasiin, ja jäähdytettiin sitten veteen. Puolta näytteistä vanhennettiin 100°C:ssa 10 minuuttia, toista puolta ei vanhennettu. Kaikkia näytteitä deformoitiin taivuttamalla -79°C:ssa 6 %\n ulkokuidun venymän aikaansaamiseksi. Deformoinnin jälkeen näytteet irrotettiin ja mitattiin tarkoituksena määrätä, kuinka paljon venymää säilyi. Koekappaleita vanhennetusta ja vanhentamattomasta ryhmästä kuumennettiin sitten jonkin seuraavan kolmen menetelmän mukaisesti: (1) kuumennettiin nopeasti upottamalla *l0oC:ssa olevaan nesteeseen, jäähdytettiin huoneenlämpötilaan ja mitattiin tarkoituksena määrätä, kuinka paljon venymää säilyi, kuumennettiin sitten nopeasti upottamalla 200°C:ssa olevaan nesteeseen ja palautettiin jälleen huoneenlämpötilaan tarkoituksena määrätä, kuinka paljon venymän lisäpalautumista tapahtui; (2) kuumennettiin hitaasti nopeudella 0,25°C/min -79°C:sta +^0°C:een, jäähdytet tiin huoneenlämpötilaan, mitattiin tarkoituksena määrätä kuinka paljon venymää palautui, kuumennettiin sitten nopeasti upottamalla 200°C:ssa olevaan nesteeseen, jäähdytettiin huoneenlämpötilaan ja mitattiin tarkoituksena määrätä kuinka paljon lisäpalautumista tapahtui; tai 66206 13 (3) käsiteltiin kuten kohdassa (2) paitsi, että hidas kuumennusnopeus oli l°C/24 min 0,25°C/min:n sijasta.

"Ansioluku" jokaisen testatun seoksen reaktiivisuudelle palautumis-lämpötila-alueen säätämiseksi saadaan ilmaisemalla yli 40°C:ssa hitaasti kuumennetuilla koekappaleilla tapahtuvan palautumisen prosenttilukuna vähennettynä yli 40°C:ssa nopeasti kuumennettujen koekappaleiden palautumisprosentilla jaettuna luvulla 5 (joka on ihannepalautuma prosenteissa elastisen takaisinponnahduksen jälkeen,joka seuraa taivut usrasituksen vapauttamista), so.

palautuma yli 40°C:ssa palautuma yli 4G0C:ssa hitaasti kuumennetuilla - nopeasti kuumennetuilla

Ansioluku = 100 x *°etappaleilla_koekappaleilla__ 5

Esimerkkejä seoksista, jotka on havaittu erityisen sopiviksi tässä keksinnössä käytettäväksi kuvataan nyt yksityiskohtaisemmin viitaten liitteenä oleviin piirroksiin.

Kuvissa 3a ja 3b ansioluku on piirretty koostumuksen funktiona topo-graafiseen muotoon. Muuttumattoman ansioluvun vyöhykkeiden pitemmät akselit ovat yleensä yhdensuuntaiset muutoslämpötlialtaan samojen käyrien kanssa. Seokset, joilla on matalammat muutoslämpötilat, ovat vasemmassa yläosassa, kun taas ne, joilla on korkeammat muutoslämpötilat, ovat kuvan oikeassa alaosassa. Selvästi erottuva optimi esiintyy kuvassa 3 alueella 1,8-2,7 Si, 66,2-67,5 Cu, loput Zn (29,8-32,0¾). Kuvan 3a vertaaminen kuvaan 3b osoittaa, että 10 minuutin vanhennus 100°C:ssa laajentaa optimia samalta yleiseltä keskialueelta. 40°C:n mielivaltainen valinta hitaan kuumennuksen loppupisteeksi tekee selvästi kelpaamattomiksi ne lejeeringit, joiden tavallinen muutosalue on +40°C:n yläpuolella tai osittain sen yläpuolella ja jotka ovat kuvan oikeassa alaosassa, mutta on otettava huomioon, että pieni ansioluku käyrällä ei merkitse näiden lejeerinkien sopimattomuutta käytettäväksi tässä keksinnössä, vaan pelkästään, että on valittava muu lämpötila kuin +40°C. Samalla tavoin niille lejeeringeille, jotka ovat kuvan vasemmassa yläosassa, pieni ansioluku käyrällä ei välttämättä tarkoita, että ne eivät reagoi keksinnön prosessille. Näissä tapauksissa pieni ansioluku merkitsee vain, että valittu hitaan lämmityksen nopeus ei ollut sellainen, joka esti palautumisen ennen 40°C:n saavuttamista. Kuitenkin niiden lejeerinkien, joilla on suurempi ansioluku on katsottava reagoineen tämän keksinnön hitaalle lämmitys- 14 66206 käsittelylle ja hidas lämmitys eri nopeudella voi antaa premmat tulokset. 40°C:n valinta saa ansioluvultaan saman vyöhykkeen lähestymään korkean muutoslämpötilan puolta (oikea alaosa). Oikeassa alaosassa olevat lejeeringit reagoivat tämän keksinnön prosessille, kuten alla olevat CuZnAl-tulokset osoittavat.

Optimialueen herkkyyttä hitaan lämmityksen nopeudelle tutkittiin testaamalla näytteitä, joilla oli koostumus 66,45 paino-# Cu, 31,55 paino-# Zn, 2,0 paino-# Si ja jotka oli valmistettu kuten yllä olevat näytteet, mutta lämmitetty hitaasti eri lämmitysnopeuksien alueella. Palautuminen joka tapahtui lämmityksen aikana lämpötilavälillä -79°C:sta +40°C:een lämmitysnopeuden funktiona, esitetään kuvassa 4. Hitaat lämmitysnopeudet aina n. l°C/min:iin asti ovat hyödyllisiä. Suuremmat nopeudet kuin 2°C/min johtavat huomattavaan palautumiseen hitaan lämmityksen aikana, mikä osoittaa, että n. 2°C/min on "hitaan" lämmityksen raja tälle systeemille.

Optimialueen herkkyyttä yllä olevien kokeiden venytysnopeudelle tutkittiin käyttäen seoksia, joissa oli 66,45 paino-# Cu, 31,55 paino-#

Zn, 2,0 paino-# Si ja 64,2 paino-# Cu, 34,8 paino-# Zn ja 1,0 paino-# Si. Yhtä näyteryhmää käsiteltiin yllä olevan menetelmän mukaisesti paitsi, että 12 #:n venymä pantiin täytäntöön -79°C:ssa. Toista ryhmää käsiteltiin kuten yllä, mutta nollavenymällä ennen hidasta kuumennusvaihetta. Hitaan kuumennuksen jälkeen venyttämättömiä näytteitä venytettiin 12 # huoneenlämpötilassa, minkä jälkeen kaikki näytteet kuumennettiin nopeasti +200°C:een. Ansioluku määritettiin jokaiselle yllä kuvatulla näytemenetelmällä, paitsi, että 10 # (arvioitu ihannepalautuma 12 #:n venymälle) on nimittäjä 5 #:n sijasta. Tuloksia kuvataan kuvassa 5. Vaikka 12 #:n venymä näyttää olevan optimin yli koostumukselle 66,45 paino-# Cu, 31,55 paino-# Zn, 2,0 paino-#

Si, se antaa paremman reaktion koostumuksella 64,2 paino-# Cu, 34,8 paino-# Zn, 1,0 paino-# Si kuin 0 tai 6 #:n venymä.

CuZnAl-systeemin ansiolukutulosten topograafinen esitys löytyy kuvasta 6. Jälleen muuttumattoman ansioluvun vyöhykkeet ovat yhdensuuntaiset saman muutoslämpötilan käyrien kanssa. Selvemmin erottuva opti-mialue rajoitettiin vanhentamattomilla näytteillä kuvassa 6a, kuin vanhennetuilla näytteillä kuvassa 6b.

15 66206

Viittä lejeerinkiseosta, joilla oli normaali A 40°C:ssa tai sen ylä-puolella, käytettiin palautumisalueen liikkuvuuden testaamiseen korkeammilla lämpötiloilla. Käytettiin jälleen samaa yleistä testi-menettelyä, mutta hidasta lämmitystä jatkettiin +100°C:een sen sijaan että olisi lopetettu se +40°C:ssa. Vanhennettujen näytteiden tulokset löytyvät kuvasta 6c; uusi optimi on yhdensuuntainen kuvan 6b optimin kanssa, mutta siirtynyt odotetulla tavalla kohti seoksia, joilla on korkeammat muutoslämpötilat. Vaikka palautumisalue on liikkuva CuZnAl-systeemillä, liikkuvuus näyttää rajoitetummalta kuin CuZnSi-systeemillä.

Koska vanhentamattomat CuZnAl-näytteet menettivät muistiominaisuuten-sa 100°C:een tapahtuneen hitaan kuumennuksen seurauksena, mutta vanhennetut näytteet eivät, on selvää, että vanhennuskäsittely on onnistunut muutoksen palautuvuuden säilyttämisessä korkeammalla lämpötila-alueella.

On otettava huomioon, että kuvissa 3b ja 6b valitut vanhennusajat ja -olosuhteet johtavat tiettyihin seoksiin, joilla on optimiominaisuu-det, ja että muut vanhennusajat ja -olosuhteet johtavat erilaisiin seoksiin, joilla on samat tai laajasti samanlaiset optimiominaisuudet. Vanhennetut lejeeringit, jotka ovat alueilla, joita rajoittavat viivat 40, 60 ja 80 kuvassa 3b ja viiva 20 kuvassa 6b, ovat uusia ja erityisen sopivia tämän keksinnön prosessiin, ja tämä keksintö tarjoaa näin ollen käytettäväksi vanhennettuja lejeerinkejä, vanhennettuna mieluummin yllä kuvatulla tavalla uusina lejeerinkeinä. Vanhentamat-tomat lejeeringit,joita rajoittavat numeroilla 60 ja 80 merkityt viivat kuvassa 3a ja viivat 20, 40 ja 60 kuvassa 6a, ovat myös uusia ja näin ollen tämä keksintö tarjoaa käytettäväksi tällaisia lejeerin-kejä uusina seoksina.

Tämän esimerkin tarkoituksena on esittää, kuinka optimiseos voidaan valita, kun on annettu haluttu ominaisuuksien sarja. Seuraavat esimerkit esittävät, kuinka ominaisuuksia voidaan muuttaa palautumisalueen liikkumisen optimoimiseksi lukkoonlyödyn lejeerinkikoostumuk-sen tapauksessa. Esimerkiksi esimerkin 1 optimialue saattaa antaa liian alhaisen venyvyyden tai liian pienen sähköjohtavuuden erikoissovellutuksiin .

16 66206

Esimerkki 2 Tässä esimerkissä käytettiin lejeerinkiä, joka sisälsi painosta 64,5 % kuparia, 34,5 % sinkkiä ja 1 ί piitä. Sen perus A oli n. 15-25°C ja normaalisti n. 75 % mistä tahansa lämpöpalautuvuudesta oli tapahtunut 75°C:een mennessä. Näytettä lämpökäsiteltiin ja jäähdytettiin esimerkissä 1 kuvatulla tavalla ja vanhennettiin n. 5 minuuttia ympäristön lämpötilassa. Se jäähdytettiin sitten Mf-pisteen alapuolelle martensiittiseen tilaan, kuumennettiin sitten nopeudella 0,75 - 10°C/min 75°C:een ja jäähdytettiin sitten -50°C:een (so. alle sen Mf-pisteen, joka oli n. -20°C). Näytettä deformoitiin sitten 8 %:n venymän aikaansaamiseksi -50°C:ssa. Suunnilleen puolet defor-maatiovenymästä palautui lämmitettäessä A^-pisteen yläpuolelle. Palautuminen oli 4 %, n. 0,8 %:n tapahtuessa 75°C:n alapuolella ja 3,2 %:n sen yläpuolella.

Esimerkit 3-6 Näytteitä samasta lejeeringistä, jota käytettiin esimerkissä 2, lämpökäsiteltiin ja jäähdytettiin 20°C:een ja vanhennettiin 2 päivää 50°C:ssa. Ne jäähdytettiin sitten -50°C:een ja deformoitiin. Näytteet lämmitettiin sitten 75°C:een samalla hitaalla nopeudella kuin esimerkissä 2 ja jäähdytettiin jälleen 20°C:een. Eri näytteitä varastoitiin sitten eri aikoja ja lämmitettiin nopeudella 50-200 C/min (so. nopeasti) palautumisen aikaansaamiseksi.

Esimerkki Venymä Palautuma Varastoin- Ag Palautuma Kokonaispalautu-n:o lämmitet- tiaika länmitettä- ma nopeasti täessä hi- 20°C:ssa essä nopeas- kuumennettaessa taasti ti 75°C:een % 75°C:een 3 7,40 0,95 5 min 85 0 5,30 4 6,80 1,20 90 min 86 0 4,40 5 7,65 1,60 16 h 85 0 4,30 6 7,30 1,60 168 h 86 0 3,60

Esimerkeistä 2-6 voidaan nähdä että lejeeringit voidaan deformoida joko ennen tai jälkeen hitaan kuumennuksen.

Esimerkki 7

Kolme näytettä lejeeringistä, jonka M oli -40°C (63,7 % kuparia, 35,3 % sinkkiä, 1 % piitä) jäähdytettiin 85°C:sta +20°C:ssa olevaan veteen ja siirrettiin -70°C:ssa olevaan alkoholiin; kaikki näytteet olivat martensiittisia tässä vaiheessa. Kahteen näytteeseen oli täi- 17 66206 löin pantu alulle 5 #:n deformaatio. Yhtä deformoimatonta näytettä lämmitettiin nopeudella 10°C/h (hidas lämmitys), toista deformoitua näytettä lämmitettiin nopeudella 10°C/min (nopea lämmitys). Defor-moimattomassa näytteessä, jota lämmitettiin hitaasti, muutos tapahtui välillä -46 - -32°C. Hitaasti lämmitetyssä deformoidussa näytteessä muutos ei alkanut ennen kuin +30°C:ssa. Tässä vaiheessa sitä lämmitettiin nopeasti, 3,7 % deformaatiosta palautui välittömästi; kaikki 5 % oli palautunut 80°C:een mennessä. Deformoidussa näytteessä, jota lämmitettiin nopeasti ~70°C:sta, palautuminen alkoi n. -46°C:ssa ja kaikki deformaatio oli palautunut -10°C:een mennessä. Näin ollen sekä deformointi että lämmitysnopeus vaikuttavat A -pisteeseen.

S

Esimerkki 8 Käytettiin kupari-sinkkilejeerinkiä, joka sisälsi 1 % piitä ja jonka perus-M oli 0°C, A -10°C ja A„ +12°C.

S S 2 Näyte jäähdytettiin 850°C:sta 20°C:ssa olevaan veteen ja siirrettiin sitten -40°C:ssa olevaan alkoholiin ja deformoitiin 4 %. Näyte lämmitettiin sitten hitaasti +40°C:een, jolloin palautumista ei tapahtunut. Näyte jäähdytettiin sitten uudestaan -40°C:een ja lämmitettiin uudestaan nopeasti +40°C:een. Mitään deformaation palautumista ei tapahtunut lämmitettäessä nopeasti uudelleen. Palautumisen aikaansaamiseksi näyte lämmitettiin +40°C:n yläpuolelle.

Palautumisen jälkeen näyte jäähdytettiin jälleen -40°C:een, deformoitiin ja lämmitettiin nopeasti. Palautuminen oli mennyt loppuun 20° C:een mennessä käyttäytymisen ollessa yhdenmukainen alkuperäisen A^-lämpötilan 12°C:n kanssa.

Esimerkki 9

Kuusitoista näytettä, joissa oli 80,8 paino-# Cu, 10,5 paino-# AI ja 8,7 paino-# Mn, muutettiin betamuotoon 800°C:ssa tai 900°C:ssa 3 minuutin tai 6 minuutin ajan ja jäähdytettiin sitten huoneenlämpötilassa olevaan veteen. Puolta näytteistä vanhennettiin 10 minuuttia 100°C:ssa, toisia ei vanhennettu. Kaikkia näytteitä deformoitiin taivuttamalla -79 C:ssa 6 #:n ulkokuidun venymän aikaansaamiseksi, minkä jälkeen rasitus irrotettiin. Puolet näytteistä lämmitettiin 100°C:een nopeudella 0,25°C/min, jäähdytettiin huoneenlämpötilaan ja kuumennettiin nopeasti 200°C:een. Toinen puoli lämmitettiin nopeasti 100°C:een, jäähdytettiin huoneenlämpötilaan ja lämmitettiin sitten 18 66206 nopeasti 200°C:een. Nopean lämmityksen nopeus oli suurempi kuin 100°C/min. Sen venymän analyysi, joka palautui nopean 200°C:een tapahtuneen lämmityksen aikana säädettyjen muuttujien suhteen osoitti, että terminen esikäsittely nosti merkittävästi yli 100°C:ssa tapahtuvan palautumisen määrää. Tälle nimenomaiselle lejeeringille tilastollinen analyysi osoitti, että vanhennuksella ei ollut mitään vaikutusta.

Keskimääräiset vaikutukset:

Palautuneen venymän prosenttimäärä yli 100°C:ssa Nopeasti lämmitettynä 0,39 ?

Esikäsiteltynä 1,89 ?

Koe toistettiin lejeeringillä, joka sisälsi 80,49 paino-? Cu, 10,5 paino-? AI ja 9,01 paino-? Mn. Sen venymän analyysin, joka palautui nopean 200°C:een tapahtuneen lämmityksen aikana säädettyjen muuttujien suhteen, osoitti merkittävyyttä vanhennukselle vanhentamatonta vastaan ja ei-esikäsittelylle esikäsiteltyä vastaan.

Keskimääräiset vaikutukset:

Palautuneen venymän prosenttimäärä yli 100°C:ssa

Vanhentamatta 1,00. Nopeasti lämmitettynä 0,15. Vanhennettuna 0,36. Esikäsiteltynä 1,21.

Esimerkki 10 Näytteitä lejeeringistä, joka sisälsi 79*2 paino-? Cu, 10,0 paino-? AI ja 10,8 paino-? Mn, muutettiin betamuotoon 550°C:ssa 5 minuutin ajan ja jäähdytettiin 20°C:ssa olevaan veteen. Tämän käsittelyn tuloksena lejeeringin Ms oli -20°C. Näytteitä joko vanhennettiin 5 minuuttia tai 1 tunti 50°C:ssa ja jäähdytettiin sitten -30°C:een tai jäähdytettiin -30°C:een välittömästi vesijäähdytyksen jälkeen ilman van-hennusta. Kaikkia näytteitä deformoitiin 4 ?:n vedolla -30°C:ssa ja rasitus irrotettiin.

Puolet näytteistä lämmitettiin välittömästi hyvin suurella nopeudella upottamalla 20, 40, 100 ja 200°C:ssa oleviin nesteisiin. Kunkin upotuksen seurauksena palautuneen venymän lisäysmäärä merkittiin muistiin.

Jäljelle jääneet näytteet lämmitettiin aluksi hitaasti nopeudella 19 66206 6°C/min 40°C:een, minkä jälkeen ne jäähdytettiin -30°C:een ja lämmitettiin nopeasti kuten näytteiden ensimmäisen sarjan yhteydessä. Tulokset esitetään alla olevassa taulukossa.

Taulukko I

Tulos Venymä Vanhennus Vanhennus- Lämmitys- Palautuma Palautuma % lämpötila aika nopeus 40°C:een 40°C:n ylä- (°C) mennessä puolella (venymä-?) (venymä- %) 1. 3,8 vanhentamaton Vain nopea 1,4 2,1 6°C/min 40°C:een 0 uudelleen jäähdytys 2. 3,3 vanhentamaton nopea lämmitys 0,3 3· 3,2 50°C 5 min Vain nopea 3,1 0 4. 3,7 50°C 5 min 6°C/min 40°C:een 0,3 uudelleen jäähdytys ja nopea lämmitys 0,3 2,8 5. 3,6 50°C 1 h Vain nopea 3,35 0 6°C/min 40°C:een 2,5 uudelleen jäähdytys 6. 3,4 50°C 1 h ja nopea lämmitys 0,3 0,1

Tarkastelkaamme ensin niitä näytteitä, joita lämmitettiin nopeasti välittömästi deformoinnin jälkeen, palautuminen oli täydellinen 40°C:een mennessä näytteillä, joita vanhennettiin 5 min ja 1 h, mutta suurin osa palautumisesta tapahtui 40°C:n yläpuolella vanhentamattomalla näytteellä. Näytteillä, joita aluksi kuumennettiin nopeudella 6°C/min 40°C:een, palautumista ei tapahtunut lainkaan 40°C:een mennessä tällä ensimmäisellä lämmitysjaksolla vanhentamattomilla näytteillä eikä niillä, joita vanhennettiin 5 min 50°C:ssa. Kuitenkin uudelleenjäähdytyk-sen ja jälleen nopean lämmityksen jälkeen suurin osa palautumisesta tapahtui 40°C:n yläpuolella. Näyte, jota vanhennettiin 1 h 50°C:ssa, osoitti lähes täydellistä palautumista ensimmäisellä lämmitysjaksolla nopeudella 6°C/min 40°C:een.

Nämä havainnot osoittavat, että vanhennus laskee A -lämpötilaa, sillä

S

vanhentamattomilla näytteillä tapahtui merkittävää palautumista 40°C:n yläpuolella ilman esikäsittelyä (vertaa tuloksia 1, 3 ja 5)· Kuitenkin sen lämmössä palautuvan venymän määrä, joka saadaan, kun näytettä esikäsitellään termisesti, paranee vanhentamalla (vertaa tuloksia 2 ja 4). Vanhennus vaikuttaa myös siihen hitaan lämmityk- 20 66206

sen nopeuteen, joka on tarpeen termiselle esikäsittelylle. Näytteelle, jota oli vanhennettu vain 5 min 50°C:ssa, 6°C/min oli "hidas" lämmitysnopeus, koska vain vähän palautumista tapahtui ennen ^0°C

(kts. tulos *0. Kuitenkin kun kyse oli näytteestä, jota oli vanhen-o ,° nettu 1 h 50 C:ssa, lämmitysnopeus 6 C/min sopii suureksi lämmitys-nopeudeksi, koska suurin osa lämmössä palautuvasta venymästä palautui esikäsittely-yrityksen aikana. Näiden tulosten yhteisvaikutus on osoittaa,että annetulla lejeeringillä saattaa olla optimivanhennuskä-sittely, mutta kuitenkin vain yksi, joka on alaan perehtyneiden helposti määrättävissä, ennen termistä esikäsittelyä.

Yllä olevissa kuvauksissa paino on pantu muotomuistille ja yksinkertaiselle palautumiselle. Muita muunnoksia, joita tämä keksintö tekee mahdolliseksi, ovat sellaiset tekniikat kuin nopea lämmitys osittaisen palautumisen aikaansaamiseksi, jota seuraa hidas lämmitys korotetun palautumisalueen järjestämiseksi, jota seuraa jäähdytys matalan lämpötilan rakennealueelle ja sen jälkeen uudelleendeformointi. Tämä antaa tuotteen,joka nopeasti lämmitettäessä palautuu kahdessa vaiheessa, toisen ollessa palautumisen alkamisen tavallisella alueella nopeasti lämmitettäessä ja toisen alkaessa korotetulla palautumisalueella. Tätä tekniikkaa voidaan soveltaa useita kertoja peräkkäisine hitaine lämmitysvaiheineen, jolloin saadaan useita palautumisalueita. Samalla tavoin resistiivisyys voidaan saada vaihtelemaan askeleittain lämmi- r' tettäessä.

/ / /

Keksintöä voidaan käyttää tekniikkana matalan lämpötilan rakeniiealueen ulottamiseksi korkeampiin lämpötiloihin. Tämä voi tuottaa lejeerin-kejä, joilla on suuri väsymiskestoisuus n. 10 %:n venymille, hyvät vaimennusominaisuudet, epätavallinen väri tai jokin muu ominaisuus, joka seuraa matalan lämpötilan rakennetta.

Claims (15)

1. 66206 21
2. 1. Lämmössä palautuva tuote, joka on metallista ainetta, joka kykenee läpikäymään reversiibelin muutoksen martensiittisen ja austeniittisen olotilan välillä, tunnettu siitä, että metallisella aineella on laajennettu M /A -hystereesisilmukka, jolloin sen A on korkeampi kuin sen normaali Aa aineelle, jolla o S on sama kokoomus.
3. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen tuote, tunnettu siitä, että se on varastostabiili 23°C:ssa.
4. 3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen tuote, tunnettu siitä, että metallisen aineen M on alempi kuin huoneen lämpötila. S Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen tuote, tunnet-t u siitä, että metallinen aine on kupari/sinkkilejeerinki.
5. 5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen tuote, tunnettu siitä, että lejeerinki sisältää myös alumiinia, mangaania, piitä tai tinaa .
6. 6. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen tuote, tunnet-t u siitä, että metallinen aine on kupari/alumiinilejeerinki.
7. 7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen tuote, tunnettu siitä, että lejeerinki sisältää myös mangaania, piitä, tinaa tai sinkkiä.
8. 8. Jonkin patenttivaatimuksen 1-7 mukainen tuote, tunnet-t u siitä, että se on muodostettu lejeeringistä, jonka kokoomus on numerolla 20 merkityn ansiolukukorkeuskäyrän sisäpuolella jossakin kuvassa 3a, 3b, 6a, 6b tai 6c.
9. 9. Menetelmä patenttivaatimuksen 1 mukaisen tuotteen valmistamiseksi, jossa austeniittisen ja martensiittisen olotilan välillä reversiibelisti muuttuvasta metallisesta aineesta valmistetun lämmössä palautuvan tuotteen lämpöpalautumislämpötilaa korotetaan, tunnettu siitä, että metallisen aineen normaali Ag kohotetaan korotettuun arvoon A lämmittämällä, tuotetta hitaasti lämpö- se tilasta, jossa metallinen aine on martensiittisessa olotilassa, 22 66206 aineen normaalin A yläpuolella olevaan lämpötilaan, minkä jälkeen hidas lämmitys keskeytetään, ja tuote tehdään lämmössä palautuvaksi ennen hidasta lämmitystä tai sen jälkeen deformoimalla metallinen tuote sen ollessa martensiittisessa olotilassa.
10. 10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että hidas lämmitys keskeytetään jäähdyttämällä lämpötilaan, joka on A :n alapuolella, se
11. 11. Patenttivaatimuksen 9 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että hidas lämmitys keskeytetään nopealla lämmityksellä.
12. 12. Jonkin patenttivaatimuksen 9~H mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että tuote deformoidaan ennen hidasta lämmitystä.
13. 13· Patenttivaatimuksen 9 tai 10 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että tuote jäähdytetään lämpötilaan, joka on A ·η ala- S 6 puolella ja deformoidaan sen jälkeen. 1*J. Jonkin patenttivaatimuksen 9-13 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että tuotetta pidetään lämpötilassa, joka on M -lämpötilan yläpuolella sen ollessa austeniittisessa olotilassa, b riittävän ajan palautuvuuden menetyksen pienentämiseksi martensiit-tisen ja austeniittisen olotilan välillä, joka muutoin olisi tapahtunut, ennen kuin metallinen tuote muutetaan martensiittiseen olotilaansa.
14. 15. Patenttivaatimuksen 1*1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ennen kiinnipitovaihetta lämmitetään tuote olennaisesti huoneen lämpötilan yläpuolella olevaan lämpötilaan ja jäähdytetään sen jälkeen upottamalla.
15. 16. Patenttivaatimuksen 15 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että tuotetta jäähdytetään upottamalla lämpötilassa, jossa metallinen aine on kokonaan austeniittisessa olotilassa. 66206 23