FI66915B - Foerfarande foer utvidgning av hysteresisslingan hos en metallblandning med reversibel foeraendring mellan austenitiskt oc martensitiskt tillstaond - Google Patents

Description

__L”-l Γ_. 4... KUULUTUSjULKAISU . , Λ W (11) utlAcgningsskript 6691 5 ·2τ§ ^ Patent cedielat ^ (51) K».lk?/teta.3 c 22 C 9/04, C 22 F 1 /08 SUOMI—FINLAND ffl) 753755 (22) Hitamlifte* — AmWwfcn^t 31.12.75 (23) ΑΜηρΙΜ—GHt^ändat 31.12.75 (41) TMtatMUNlal — MvketeMRg 19.08.76

Patent· odi ragfateratyraban ^ Ainakin wiipodi mUhrftn nifciml 31.08.84 (32)(33)(31) Pyritty ***** tet»rJ prtorttt 18.02.75 USA(US) 550555 (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) Menetelmä hystereesisilmukan laajentamiseksi metalliseoksella, jolla on palautuva muutos austeniittisen ja martensiittisen tilan välillä -Förfarande för utvidgning avhysteresisslinqan hos en metalIblandning med reversibel förändring mellan austenitiskt och martensitiskt tillstlnd Tämä keksintö koskee menetelmää hystereesisilmukan laajentamiseksi metalliseoksella, jolla on palautuva muutos austeniittisen ja martensiittisen tilan välillä.

Metallisia seoksia, esimerkiksi lejeerinkejä, joilla on sellaiset ominaisuudet, että ne kykenevät läpikäymään reversiibelin muutoksen austeniittisesta 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).

6691 5 Näillä ja muilla lejeeringeillä on yhteisenä se piirre, että niille tapahtuu leikkausrasitusmuutos jäähdytettäessä korkean lämpötilan (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

O

lämpötilaa, jossa tämä prosessi on mennyt loppuun, nimitetään lämpötilaksi M^., molempien näiden lämpötilojen ollessa niitä, jotka saavutetaan suurilla, esim. 100°C/min näytteen lämpötilamuutoksilla, so. "perus^-M ja M„. Samalla tavoin austenniittiseksi muuttumisen alku-ja loppulämpötilaa merkitään kirjaimilla Ag ja Aj.. Yleensä Mj, on alempi lämpötila kuin A ja M on alempi lämpötila kuin A„. M voi SS X s olla yhtä suuri, alhaisempi tai korkeampi kuin A riippuen lejeerin-kiseoksesta 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 resis-tiivisyyttä, jossa esiintyy anomaliaa,kun muutokset tapahtuvat. Jos koordinaatistoon merkitään resistiivisyyslämpötila- tai jännitys-lämpötilakäyrät, viiva, joka yhdistää pis teet M_, M-, A. A„ ja jäi-

S I S I

leen pisteen M , muodostaa silmukan, jota kutsutaan hystereesisilmu-kaksi. Monilla aineilla Mg ja Ag ovat suunnilleen samassa lämpötilassa.

Eräs erityisen hyödyllinen lejeerinki, jolla on palautumiskyky lämmössä tai muotomuisti, on metallien välinen yhdiste TiNi, amerikkalainen patentti 3 17^ 851. Lämpötila, jossa lejeerinkien deformoidut kappaleet palautuvat alkuperäiseen muotoonsa, riippuu lejeerinki-seoksesta, 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 Ασ on korkeammassa lämpötilassa kuin M seuraavasta syystä. Esimerkiksi hydraulisia kom-

S

3 66915 ponentteja varten tarkoitettuja kytkimiä, jotka esitetään englantilaisissa patenteissa 1 327 441 ja 1 327 442, myydään deformoidussa (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 austenniittisen muutosalueen, kytkin palautuu tai yrittää palautua alkuperäiseen konfiguraatioonsa ja kutistuu liitettävien komponenttien päälle. Koska on välttämätöntä, että kytkin pysyy austenniittisessa tilassaan käytön aikana (esimerkiksi jännityksen laukeamisen estämiseksi martensiittisen muutoksen aikana ja koska austenniitin mekaaniset ominaisuudet ovat paremmat), materiaalin Mg valitaan sen lämpötilan alapuolelta, jonka se mahdollisesti voi saavuttaa käytössä niin, että käytön aikana materiaali pysyy joka hetki austenniittisessa tilassa. Tästä syystä sitä on deformoinnin jälkeen pidettävä esimerkiksi nestemäisessä typessä, kunnes sitä käytetään.

Jos kuitenkin A -lämpötilassa, joka tässä käytettynä tarkoittaa sitä lämpötilaa, joka merkitsee jatkuvan sigmoidaalisen muutoksen alkamista merkittynä jännitysaikakäyrälle koko sille martensiitille, joka kykenee muuttumaan austenniitiksi, austenniittiseen tilaan, voitaisiin nostaa vaikka vain tilapäisesti, esimerkiksi yhden kuumennusjakson ajaksi ilman vastaavaa Ms-pisteen nousua, venytettyä kytkintä voitaisiin pitää korkeammassa ja mukavammassa lämpötilassa.

Ennestään tunnetaan menetelmä, jolla tiettyjen metalliseosten A

S

voidaan nostaa yhden kuumennusjakson ajaksi. Tässä menetelmässä lasketaan ensin seoksen lämpötila jostakin, jossa se esiintyy austenniittisessa tilassa, sen M^,-lämpötilan alapuolelle. Tämän jälkeen seos kuumennetaan lämpötilaan, jossa se normaalisti esiintyisi kokonaan austenniittisessa tilassa, so. A^-lämpötilan yläpuolella. Muutos martensiitista austenniitiksi ei kuitenkaan tapahdu, jos valittu kuumennusnopeus on "hidas". "Hitaan" kuumennusnopeuden määritelmä esitetään suomalaisissa patenttihakemuksissa nro 753756 ja 753757 samalta päivältä kuin tämä hakemus. Riittää kun sanotaan, että se voi vaihdella riippuen metalliseoksen luonteesta, mutta on helposti alaan perehtyneen määriteltävissä, kun hänellä on apunaan tämän hakemuksen paljastukset.

Jos seos jäähdytetään sen jälkeen, kun hidas kuumennus on päättynyt, ja kuumennetaan uudelleen suurella nopeudella, sille ei ala tapahtua muutosta martensiitista austenniittiin ennen kuin suunnilleen se läm- 6691 5 pötila, jossa hidas kuumennus lopetettiin, on saavutettu. Mikä tärkeämpää, jos elementti on valmistettu ko. seoksesta ja deformoitu sen ollessa martensiittisessa tilassa joko ennen hitaan kuumennuksen päättämistä tai sen jälkeen, sille ei ala tapahtua palautumista siihen muotoon, jossa se oli austenniittisessa tilassa, ennen kuin se saavuttaa suunnilleen sen lämpötilan, jossa hidas kuumennus lopetettiin. Tätä prosessia kutsutaan "termiseksi esikäsittelyksi".

Patenttihakemuksissa nro 753756 ja 753757 selostetaan kuinka eräiden metalliseosten pyrkimystä menettää martensiitti-austenniittipalautuvuus, jota esim. tapahtuu erikoisesti joillakin seoksilla, joiden M -piste on 0°C tai korkeampi, voidaan hillitä. Tässä menetelmässä "vanhennetaan" seosta pitämällä sitä korotetussa lämpötilassa, tyypillisesti 50-150°C:ssa, jossa se esiintyy austenniittisessa tilassa, ennen kuin muutetaan se martensiittiseen tilaan. Vanhennus-lämpötila ja pitoaika, jotka vaaditaan tämän palautuvuuden menetyksen hillitsemiseen, vaihtelevat seoksen luonteen mukaan, mutta on helposti alaan perehtyneiden määrättävissä, kun heillä on apunaan hakemuksen palj astukset.

Näiden keksintöjen tuloksena on havaittu mahdolliseksi valmistaa hyödyllisiä lämmössä palautuvia elementtejä metalliseoksista, joissa ko. käsittelyn seurauksena on merkittävästi pienentynyt taipumus menettää martensiitti-austenniittipalautuvuus ja myös kohonnut A -lämpötila. Kuitenkin huolimatta näiden keksintöjen monista eduista A -lämpötilan korottamiseksi metalliseoksilla, on välttämätöntä käyttää laitteistoa, joka kykenee aikaansaamaan säädetyn "hitaan" kuumennusnopeuden. Sitä paitsi on tarpeen suorittaa jonkin verran esitutkimusta muilla seoksilla kuin nimenomaan kuvatuilla optimaalisen hitaan kuumennusnopeuden määräämiseksi. Lopuksi "hidas" kuumennusnopeus, joka tarvitaan palautumisen alkamisen estämiseksi, saattaa tehdä välttämättömäksi ei-toivo- tun pitkän esikäsittelyajan halutun A -pisteen saavuttamiseksi. Tämän

S

vuoksi olisi edullista, jos käytettävissä olisi menetelmä, jolla korotettu As voidaan saada metalliseoksille, jotka kykenevät läpikäymään palautuvan muutoksen austenniittisen tilan ja martensiittisen tilan välillä, joka menetelmä ei kärsi näistä rajoituksista.

Näin ollen tämän keksinnön tarkoituksena on saada aikaan lisämenetelmä korotetun A -lämpötilan antamiseksi vähintään yhden kuumennusjakson

S

ajaksi metalliseoksille, jotka läpikäyvät palautuvan muutoksen austen- 5 6691 5 niittisen tilan ja martensiittisen tilan välillä, joista se koostuu. Keksinnön avulla aikaansaadaan uusia metalliseoksia, joilla on korotettu A -lämpötila.

S

Keksinnön mukainen menetelmä on tunnettu siitä, että pidetään elementtiä deformoidussa konfiguraatiossa pakon alaisena lämpötilassa, joka on sen M -pisteen yläpuolella, riittävä aika deformaation saa-miseksi säilymään ainakin osittain, kun pakotuslaite poistetaan, ja metallisen materiaalin A :n nostamiseksi normaalin arvon yläpuo-lelle ainakin yhdeksi kuumennusjaksoksi. Säilyneen deformaation määrä on mm. sen lämpötilan funktio, jossa seosta pidetään ja kiinnity svaiheen kestoajan funktio. Menetelmästä voidaan käyttää nimitystä "mekaaninen esikäsittely". Pitoaika tietylle lejeeringille voidaan määrätä rutiinikokeella. Yleensä pienin hyödyllinen aika haluttujen vaikutusten aikaansaamiseksi riippuu pitolämpötilasta, mutta se voi olla esimerkiksi 10 sekuntia 200°C:ssa, 10 minuuttia 100°C:ssa ja tunti huoneenlämpötilassa.

Tarkastettavina olevista seoksista tehty elementti voidaan defor-moida sen ollessa austeniittisessa tilassa. Normaalisti tämä vaatii kuitenkin suuren määrän voimaa. Näin ollen on suositeltavaa defor-moida seos sen ollessa työstettävämmässä tilassa, joka esiintyy lähellä M -M^-aluetta tai sen sisällä, ja nostaa sitten sen lämpö-tila, sen ollessa kiinnitettynä haluttuun pitolämpötilaan M -pisteen

S

yläpuolelle.

Kun mekaanisesti esikäsiteltyä elementtiä kuumennetaan suurella nopeudella, se palautuu ainakin osittain alkuperäiseen konfiguraati-oonsa.

On tunnettua, että kuorman tai rasituksen kohdistaminen austeniittisessa tilassa olevaan elementtiin, esim. kohdistamalla näytteeseen vetoa tai taivuttamalla sitä, voi johtaa jännityksen aikaansaamiseen näytteeseen rasituksen aiheuttaman muutoksen avulla, jossa osa aus-teniiteista muuttuu martensiitiksi. Tämä jännitys, joka häviää kun kuorma poistetaan, kulkee nimellä "pseudoelastinen jännitys", koska sen vaikutukset poikkeavat normaalin elastisen käyttäytymisen vaikutuksista siinä, että jännitys ei vaihtele lineaarisesti rasituksen mukana. Katso H. Pops, Met. Trans. 1 (1) 251-58 (1970). Jännitys häviää, koska muutos martensiitiksi, jonka kappaleeseen kohdistettu 6 66915 rasitus saa aikaan, palautuu austeniitiksi elastisella, mutta ei Hookemaisella tavalla. Yleensä on olemassa maksimilämpötila, johon saakka rasituksen aiheuttamaa martensiitin muodostumista tapahtuu. Tästä lämpötilasta, joka vaihtelee metalliseoksen mukana, käytetään tavallisesti ja tässä yhteydessä merkintää M^.

Palautuvuus rasituksella aiheutetun martensiitin ja austeniittisen tilan välillä on ilmiö, joka on pintapuolisesti samanlainen kuin muotomuistivaikutus, joka havaitaan, kun metalliseoksen näyte, jota on deformoitu sen ollessa matalan lämpötilan stabiilissa martensiit-tisessa tilassa, läpikäy palautumisen alkuperäiseen konfiguraatioon-sa, kun se kuumennetaan lämpötila-alueelle, jolla martensiitti palautuu austeniitiksi. Suurimmat erot tämän ilmiön ja sen välillä, joka liittyy pseudoelastisesti aikaansaatuun martensiittiin, ovat, että viimemainitussa martensiitin muodostuminen paikantuu rasitusalueelle ja muutos martensiitista austeniitiksi kuin myös päinvaston on iso-terminen muutos.

Viimemainitusta syystä palautuva pseudoelastinen jännitys, vaikka sillä on teoreettista mielenkiintoa, ei ole omiaan käytännön sovellutuksiin, jotka ovat mahdollisia, kun käytetään hyväksi termisesti palautumiskykyistä jännitystä, joka saavutetaan deformoimalla metalliseoksen näytettä sen M^-pisteen alapuolella ja pitämällä sitä siinä, kunnes jännityksen halutaan palautuvan. Kuitenkin kuten yllä osoitettiin, tämä viimemainittu prosessi vaatii usein, että näytettä pidetään suhteellisen matalassa lämpötilassa, so. Ag-pisteen alapuolella palautumisen estämiseksi, ennen haluttua ajankohtaa, ellei sitä lämpötilaa, jossa austeniitiksi muutoksen alku normaalisti tapahtuu (A ), voida korottaa riittävästi, jotta näytettä olisi mah-dollista käsitellä sen palautumatta ympäristön lämpötilassa. Ainoa muu kuin tämän keksinnön menetelmä, jolla tämä on ollut mahdollista, on yllä selostettu "termisen esikäsittelyn" menetelmä.

Keksinnön erään sovellutusmuodon mukaan elementtiä pidetään pakon alaisena M^-pisteen alapuolella. Elementin myöhempi nopea kuumentaminen, so. nopeu- 6691 5 della, joka ehkäisee A -pisteen edelleen kohoamisen termisellä esikä-

S

sittelyllä, normaalisti ja mieluummin 100°C/min tai nopeammin, johtaa tämän säilyneen jännityksen palautumiseen ainakin osittain. Näin ollen tämä keksintö tarjoaa käytettäväksi myös lämmössä palautuvat metalliseokset, joiden A - A--alue on kohonnut verrattuna A -A„-aluee- si s i seen, joka normaalisti liittyy tiettyyn seokseen.

Yleisesti ottaen tämän keksinnön menetelmä on sovellettavissa useihin erilaisiin metalliseoksiin, joille tapahtuu palautuvia austenniitti-martensiittimuutoksia. Se soveltuu erityisesti metalliseoksille, jotka ovat lejeerinkejä ja tarkemmin sanoen lejeeringeille, jotka muodostavat elektroniyhdisteitä. Suositeltavia elektroniyhdisteitä ovat ne, jotka vastaavat Kume-Rothery*n määritelmiä rakenteellisesti analogisille sisäkeskuspisteisille kuutiohilafaaseille (esim. β-messinki), tai elektroniyhdisteet, joissa suhteet ovat n. 3 valenssielektronia 2 atomia kohti. Kts. A.S.M. Metals Handbook, Voi. 1, 8th Ed. (1961) sivu 4.

Sopiviin lejeerinkeihin voidaan lukea β-faasiset lejeeringit, esimerkiksi ne, joita edustavat kupari-sinkki- ja kupari-alumiinilejeeringit, jotka muodostavat β-messinkiin liittyvän tyyppisiä sisäkeskuspisteisen kuutiohilan β-lejeerinkejä. Näiden joukossa ovat ne kupari-sinkki-tai kupari-alumiinilejeeringit, joissa sinkki ja alumiini voivat ainakin osittain korvata toisiaan ja jotka itse voidaan osittain korvata muilla lejeerautuvilla alkuaineilla, esimerkiksi piillä, tinalla, mangaanilla tai niiden seoksilla. Joitakin tämän kuvauksen piiriin kuuluvia lejeerinkejä selostetaan yksityiskohtaisesti edellä mainituissa patenteissa joissa esitetään terminen esikäsittelyprosessi. Suositeltavia lejeerinkejä ovat ne, jotka sisältävät (satunnaisten epäpuhtauksien ohella) n. 60-85 paino-/? kuparia, jossa on vaihtelevat määrät sinkkiä ja/tai alumiinia yhdessä piin, mangaanin tai niiden seosten kanssa, esimerkiksi lejeeringit, joissa on korkeintaan 40 paino-?? sinkkiä, 0 - n. 5 paino-?? piitä, korkeintaan n. 14 paino-?? alumiinia ja 0 - n. 15 paino-$ mangaania, ja jotka muodostavat sisäkeskuspisteisen kuutiohilan tyyppisiä rakenteita. Kuparin kolmi- tai neljäkom-ponenttisia ja monimutkaisempia lejeerinkejä voidaan käyttää. Esimerkeissä selostetaan yksityiskohtaisemmin lukuisia erikoislejeerinkejä, jotka sattuvat näiden rajojen sisälle. On kuitenkin ymmärrettävä, että tämän keksinnön menetelmää voidaan soveltaa suositeltavien toteutusmuotojen rajojen ulkopuolelle. Esimerkiksi tämän keksinnön piiriin 6691 5 8 kuuluu soveltaa tämän keksinnön menetelmää lejeerinkeihin, jotka perustuvat muihin metalleihin kuin kupariin.

Tämäntyyppisiä lejeerinkejä saadaan β-faasissa alalla hyvin tunnetuilla menetelmillä. Tavallisesti β-faasi saadaan jäähdyttämällä nopeasti lejeerinki korotetusta lämpötilasta, jossa se esiintyy oleelliselta osaltaan stabiilina β-faasina, lämpötilaan, jossa se esiintyy metastabiilina β-faasina. Jos jäähdytysnopeus on liian hidas, saattaa muodostua liiallisia määriä toista faasia, jolle ei tapahdu palautuvaa austenniitti-martensiittimuutosta. Kuitenkin lejeeringillä, joka on ainakin oleellisesti β-faasissa, esim. yli 70 % β-muotoa, saattaa yhä olla suuressa määrin samat hyödylliset ominaisuudet kuin puhtaalla β-faasirakenteella.

Jos lejeerinki jäähdytetään alle sen M -lämpötilan, saatetaan vaikuttaa haitallisesti sen kykyyn tulla myöhemmin saatetuksi lämmössä palautuvaksi. Näin ollen on toivottavaa jäähdyttää lejeerinki M -pisteen

O

yläpuolella olevaan lämpötilaan sellaisella nopeudella, että mitään merkittävää α-faasin muodostusta ei ole seurauksena. Lejeeringeille,

joiden M on alle n. 0°C, n. 20°C:n jäähdytysainelämpötila on tyydyttä-S

vä. Tämä voidaan saavuttaa esimerkiksi jäähdyttämällä lejeerinki vedessä, joka on 20°C:ssa.

Valittu käytetty lejeerinki kootaan elementiksi, jolla on haluttu muoto lämmössä palautumisen jälkeen. Elementin deformointi konfiguraatioon, josta lämpöpalautuminen on toivottava, so. konfiguraatioon, joka on lopulta lämmössä epästabiilin tilan (so. lämmössä palautuvan) konfiguraatio, on suositeltavaa toteuttaa M^-lämpötilan alapuolella olevissa lämpötiloissa. Esimerkiksi deformointi voidaan toteuttaa sillä aikaa, kun elementti on austenniittisessa tilassa, jolloin elementtiin kohdistettu alkujännitys on "pseudoelastista" tyyppiä, sillä sen kohtuuttoman nopea vapautuminen johtaisi deformaatioon, jossa tapahtuu edellä kuvattu isoterminen palautuminen. Tästä huolimatta pitämällä elementtiä deformoidussa tilassa sopivan pitkä aika, ainakin osa alunperin "pseudoelastisesta" jännityksestä muuttuu jännitykseksi, joka säilyy sen jälkeen, kun rasitus on poistettu. Sitä osaa alunperin pseudoelastisesta jännityksestä, joka ei säily, voidaan kutsua "takaisin-ponnahdukseksi"..

Säilyneen jännityksen palauttamiseksi näyte kuumennetaan nopeasti edellä kuvatulla tavalla sen lämpötila-alueen läpi, jossa muutos austen- 9 6691 5 niitiksi tapahtuu. Siitä säilyneen jännityksen mahdollisesta osasta, joka ei palaudu, mikä on harvinainen tapaus, kun kyseessä on marten-siitti-austenniittimuutos, käytetään nimitystä "palautumaton jännitys". Kuumennusnopeuden, joka tarvitaan jännityksen palauttamiseen, on oltava riittävän "suuri" edellä kuvatun "termisen esikäsittelyn" vaikutuksen välttämiseksi, sillä jos elementtiä kuumennetaan kohtuuttoman hitaasti, · palautumista ei tapahdu. Koska sopiva nopeus vaihtelee lejeeringin luonteen mukaisesti, ei ole mahdollista määritellä absoluuttisia kuumennus-nopeuksia, jotka sopisivat "hitaiksi" tai "nopeiksi" kaikille lejeerin-geille. Näiden sanontojen merkitys selviää kuitenkin edellä mainituista suomalaisista patenteista. Tämän tiedon avulla kuumennusnopeus, joka kelpaa "nopeaksi" on helppo saada selville.

Jos elementtiä pidetään riittävän pitkään deformoidussa tilassa, oleellisesti kaikki alkuperäinen jännitys säilyy, kun rasitus poistetaan.

Sen ajan pituus, joka tarvitaan merkittävän säilyjeen jännityksen saavuttamiseen tietyssä lämpötilassa, vaihtelee lejeeringin koostumuksen ja lämpömekaanisen historian mukaan. Yleisesti ottaen tietyllä lejee-ringillä tarvittavan pitoajan pituus pienenee, kun pitolämpötila kasvaa. Tästä huolimatta saattaa seurauksena olla takaisku, jos pitolämpötila on liian korkea, koska merkittävä osa säilyneestä jännityksestä saatetaan saattaa palautumattomaksi. Kuitenkin mekaanista esikäsittelyä on suoritettu jopa n. 200°C:n lämpötiloissa. Tästä selostuksesta käy ilmi, että pakotuslaitteen pitolämpötilan ja -ajan optimiyhdistelmä, so. se aika, jonka elementti on rasituksen alaisena, riippuu lejeerin-gistä, mutta että tämän yhdistelmä on helppo saada selville. Optimi-tapauksessa korkeintaan n. 10 %:n lämmössä palautuva jännitys on saavutettavissa elementeillä, jotka on käsitelty tämän keksinnön menetelmällä.

"Termisen esikäsittelyn" tapauksessa korotetun A -pisteen lämpötila, 5 josta käytetään merkintää A , on usein suunnilleen siinä lämpötilassa, O w jossa hidas kuumennus lopetetaan. Näin ei ole laita tämän keksinnön "mekaanisen esikäsittely"-menetelmän kyseessä ollen. Se voi olla pitolämpötilassa, sen alapuolella tai yläpuolella. Yleensä se nousee, kun pitoajan pituus kasvaa. Rutiinikoe tietyllä lejeeringillä tekee mahdolliseksi määrittää sen esikäsittelyn määrän, joka on tarpeen A -pisteen halutun korotuksen saavuttamiseen. Säilyttäminen ympäristön lämpötilassa mekaanisen esikäsittelyn jälkeen voi johtaa lämpöpalautu-vuuden vähäiseen menetykseen, mutta se ei vaikuta korotettuun A -

S

lämpötilaan.

6691 5 10

Kuten yllä esitettiin tämän keksinnön nykyään suositeltavassa toteutus-muodossa elementtiä deformoidaan sen alkuperäisestä konfiguraatiosta sen ollessa austenniittisessa tilassa, so. olosuhteissa, joissa elementtiin aiheutettua alkujännitystä voidaan pitää oleellisesti "pseudo-elastisena". Kuitenkin tässä keksinnössä käytettäväksi sopivia metalli-seoksia on tavallisesti helpompi deformoida, kun niiden lämpötilaa lasketaan pitolämpötilasta esim. lähelle Mg-M;f.-aluetta, sen sisäpuolelle tai alapuolelle. Näin ollen tämän keksinnön piiriin kuuluu aluksi alentaa elementin lämpötila esimerkiksi Mg-M^-alueen alapuolelle sen de-formoinnin helpottamiseksi, deformoida sitä ja sitten kuumentaa sitä käyttäen samalla pakotuslaitetta sen pitämiseksi deformoituna sillä välin, kun haluttu pitolämpötila normaalin A -A„-alueen yläpuolella saavutetaan ja pidetään siinä vaadittu aika.

Vastakohtana tilanteelle "termisen esikäsittely"-prosessin yhteydessä kuumennusnopeuden korotetun pitolämpötilan saavuttamiseksi ei tarvitse olla "hidas" edellä määritellyllä tavalla, koska deformaation palautuminen estetään pakotuslaitteella. Tiettyjä etuja syntyy kuitenkin hallitun "hitaan" kuumennusnopeuden käytöstä korotetun lämpötilan saavuttamiseksi. Eräs etu on se, että vahinko, joka on aiheutettu elementille pakotuslaitetta vastaan vaikuttavan voiman avulla nopean kuumennuksen aikana, kun elementti pyrkii palautumaan, vältetään tai minimoidaan, koska rasitukset, jotka aiheutuvat palautumisen alkamisesta, pienenevät oleellisesti. Toiseksi on mahdollista esikäsitellä tällä tavoin lejeerinkejä, jotka vain rajatapauksessa sopivat puhtaasti termiseen tai mekaaniseen esikäsittelyyn. Ottaen huomioon, että rasituksen aiheuttamaa martensiittia muodostuu paikallisesti, kuuluu tämän keksinnön piiriin myös aikaansaada elementille korotettu Ag mekaanisella esikäsittelyllä ja jäähdyttää sitten elementti sen normaalin M -pisteen alapuolelle ja deformoida sen jälleen, jolloin sille saadaan kaksois-A -piste. Toista A -pistettä voidaan siirtää termisellä θείε s käsittelyllä lämpötilaan, joka on mekaanisella esikäsittelyllä saadun Ag-pisteen alapuolella.

Vaikka pakotuslaite voidaan poistaa pitolämpötilassa, kaksi etua saadaan lisävaiheesta, jossa deformoitu elementti jäähdytetään alempaan lämpötilaan ennen tällaista poistoa. Ensimmäinen on, että jäähdytys esimerkiksi M -M„-alueelle tai sen alapuolelle voi vähentää sitä työtä,

S I

joka tarvitaan pakotuslaitteen poistamiseen. Toiseksi jäähdyttämällä elementti pakotuksen alaisena pitolämpötilasta alempaan lämpötilaan, 6691 5 voidaan elementtiin saada lämmössä palautuvan jännityksen lisäkasvua.

Sen jälkeen kun pakotuslaite on poistettu, tämä jännityksen kasvu tavallisesti palautuu myöhemmän ’'nopean” kuumennusvaiheen aikana sillä lämpötilavälillä, joka määräytyy siitä lämpötilasta, jossa pakotuslaite päästetään irti, ja pitolämpötilasta. Tällä jännityksen lisäkasvulla on oma A -lämpötilansa. Toisin sanoen elementillä on ensimmäinen A -s s pisteen mekaanisella esikäsittelyllä aikaansaadun A -pisteen (toinen

S

Ag) alapuolella. Tämän seurauksena voidaan saada kaksivaiheinen lämmössä palautuminen.

Jotkut metalliseokset reagoivat myös paremmin termiseen tai mekaaniseen esikäsittelyyn, jos niitä vanhennetaan niiden ollessa austenniittises-sa tilassa siten, että suurempi osa säilyneestä jännityksestä on lämmössä palautuvaa. Kuitenkin jos mekaanisen esikäsittelyn olosuhteet ovat samat, vanhentamattomalle näytteelle aikaansaatu A -lämpötila on usein jonkin verran korkeampi kuin saman seoksen vanhennetulla näytteellä. Niille kuparin β-faasilejeerinteille, jotka sisältävät vaihtelevia määriä sinkkiä, alumiinia, piitä, mangaania ja niiden yhdistelmiä ja joiden M -lämpötila on huoneenlämpötilan alapuolella, vanhennus n. 50-125°c^ssa ajan, joka vaihtelee n. 5 minuutista 3 tai 4 tuntiin, on tavallisesti riittävä. Muille seoksille aika ja lämpötila, jotka tuottavat optimitulokset, saattavat vaihdella mutta se on helppo saada selville vertaamalla säilyneen lämmössä palautuvan jännityksen määrää saman seoksen näytteillä, joita on vanhennettu eri olosuhteissa .

Lopullinen käyttö, johon elementti joutuu, määrää sen palautuneen ja palautumiskykyisen konfiguraation. Esikäsiteltyyn elementtiin kohdistettu deformointivoima voi olla mikä tahansa useista eri tyypeistä, kuten taivutus-, vääntö-, puristus- ja venytysvoima ja siihen voidaan käyttää mitä tahansa sopivaa pakotuslaitetta. Tällä tavoin voidaan saada elementtejä, jotka palautuvat L-muodosta I-muotoon ja päin vastoin. Elementit, jotka pitenevät tai lyhenevät ovat myös mahdollisia. Onttoja elementtejä, erityisesti sylinterimäisiä, jotka laajenevat suuremman lävistäjän suuntaan tai jotka kutistuvat pienemmän lävistäjän suuntaan, on helppo valmistaa tämän keksinnön prosessilla. Seurauksena siitä, että mekaaninen esikäsittely tapahtuu rasitusalueella, on mahdollista esikäsitellä vain osa elementistä. Tämä tekee mahdolliseksi kokonaisen deformaatioiden sarjan rakentamisen elementtiin, jotka deformaatiot voivat palautua eri lämpötiloissa.

6691 5 12

Seuraavat esimerkit kuvaavat keksintöä:

Esimerkki 1

Mitoiltaan 38 mm x 5 mm x 0,75 mm oleva messinkinauha, joka sisälsi

64,6 paino-? Cu, 34,4 paino-? Zn ja 1,0 paino-? Si, muutettiin betamuo-toon 800°C:ssa ja jäähdytettiin sitten vedellä. Tämän käsittelyn jälkeen M -piste oli +2°C:ssa ja nauha oli psuedoelastinen huoneenlämpö-S

tilassa, so. A - ja A„-pisteet olivat huoneenlämpötilan alapuolella.

Nauha taivutettiin silmukaksi huoneenlämpötilassa (ulkokuitu venyy 7 ?) ja kiinnitetään tunnin ajaksi. Irtipäästön jälkeen silmukka pysyi taipuneena (ulkokuidun säilynyt venymä r*jJ> ?). Kun nauha kuumennettiin 200°C:een, se tuli jälleen suoraksi.

Esimerkki 2 14 cm:n pituinen halkaisijaltaan 0,9 mm lanka, joka oli valmistettu seoksesta, jossa oli JO paino-? Cu, 26 paino-? Zu ja 4 paino-? AI, muutettiin betamuotoon 700°C:ssa kolmen minuutin aikana,- jonka jälkeen se jäähdytettiin vedellä. Tämän käsittelyn jälkeen lanka oli pseudoelastinen huoneenlämpötilassa ja sen Mg-piste oli -3°C:ssa.

Näytettä taivutettiin niin, että sen ulkokuidun venymä oli 4,3 ? ja pakotettiin tähän konfiguraatioon huoneenlämpötilassa. Ajoittain pako-tuslaite päästettiin irti, säilynyt venymä mitattiin ja sen jälkeen lanka palautettiin pakotustilaansa. Säilynyt venymä kasvoi seuraavasti: Päiviä Säilynyt venymä 0 0 3 1 18 1,4 193 2,8 252 2,9

Viimeisen mittauksen jälkeen taivutettu lanka upotettiin 200°C:ssa olevaan öljyyn. Se suoristui välittömästi. Tämä esimerkki osoittaa pitoajan pidentämisen vaikutusta säilyneeseen venymään.

Esimerkki 3 Näytteitä leikattiin 0,76 mm:n levyistä, jotka olivat alla lueteltuja lejeerinkiseoksia. Nauhat muutettiin betamuotoon 800°C:ssa ja jääh- 13 6691 5 dytettiin vedellä. Kaikki olivat pseudoelastisia huoneenlämpötilassa, kuten niiden matalista M -lämpötiloista voisi päätellä. Näytteet tai-

O

vutettiin ja sidottiin huoneenlämpötilassa ulkokuidun saamiseksi venymään 4,25 %. Näytteet ja pakotuskiinnittimet siirrettiin 200°C:ssa olevaan hauteeseen ja pidettiin siinä 72 tuntia. Tämän jälkeen pakotetut näytteet jäähdytettiin huoneenlämpötilaan. Itse asiassa mitään takaisinponnahdusta ei tapahtunut kun näytteet poistettiin pakotus-laitteesta. Näytteitä kuumennettiin sitten nopeasti. Sekä lämmössä palautuva jännitys että lämpötila-alue, jolla se tapahtui luetellaan alla olevassa taulukossa:

Seos M Kohunnut HRS A A~ s s I ! 74Cu ΙδΖη -40°C 0,5 % 375°C 500°C ! 7A1 lMn

76Cu 12Zn -44°C 2,3 % 375°C 525°C

8AI 4Mn

77,5Cu 9,5Zn -40°C 2,75 % 350°C 525°C

9A1 4m n

77j75Cu 8,25Zn -28°C 2,3 % 300°C 500°C

9AI 5Mn

79,1Cu 5,9Zn -40°C 3 % 350°C 525°C

10A1 5Mn

79Cu 4Zn -40°C 2,2'% 350°C 525°C

10A1 7Mn

77 s5Cu 7 i5Zn -50°C 1,6 % 375°C 525°C

9A1 6Mn

78,25Cu 5,75Zn 0°C 1,7 % 400°C 525°C

9AI 7Mn Tämä esimerkki osoittaa, että lejeeringille aikaansaatu As-lämpötila ei riipu siitä lämpötilasta, jossa esikäsittely suoritetaan.

Esimerkki 4

Jotta osoitettaisiin, että lukuisat muuttujat ovat tärkeitä onnistuneelle mekaaniselle esikäsittelylle, suunniteltiin koe useiden muuttujien testaamiseksi samanaikaisesti. Viisi muuttujaa testattiin kaikkiaan kahdella tasolla, joten koemalli oli 25-toiminen. Muuttujat olivat: 6691 5 14

Betamuutos Jäähdytys- Venymä Pito- Pitoaika nopeus lämpötila korkea taso 650°C-5 min Ilmajäähdytys 7,10% 125°C 150 min matala taso 575°C-5 min Vesijäähdytys 4,53% 50°C 15 min ja vanh.

50°C-5 min

Koemallia kokeiltiin käyttäen neljää lejeerinkiä:

Painoprosenttia M

s

Cu AI Mn Ilma jäähdytetty Vesij äähd. + 5 min 50°C

79,2 10,0 10,8 -10C -32C

78,9 10,0 11,1 -41 -45 79,04 9,86 11,1 -30 -47 79,07 10,13 10,8 -14 -32 Näytteet valmistettiin ilmasulattamalla yllä olevat seokset, valamalla ja valssaamalla 0,76 mm:n levyt. Levystä leikattiin nauhat ja muutettiin betamuotoon kuumentamalla 5 min 575 tai 650°C:ssa. Tämän jälkeen näytteet jäähdytettiin vedellä ja vanhennettiin 5 minuuttia 50°C:ssa tai ilmajäähdytettiin. Kaikki näytteet jäähdytettiin -60°C:een ja de-formoitiin ja sidottiin sen jälkeen joko 4,53 tai 7,1 %:n venymään taivuttamalla näytteet karan ympäri ja asettamalla ne kiinnityspiti-meen. Näytteet ja niiden pakotuspitimet siirrettiin 50°C:ssa tai 125° C:ssa oleviin hauteisiin ja pidettiin niissä 15 tai 150 minuuttia. Pitoprosessin jälkeen näytteet ja pakotuspitimet jäähdytettiin -80°Geen, pakotusleitteet poistettiin ja säilynyt venymä mitattiin. Pakottamatto-mat näytteet siirrettiin 0°C:ssa olevaan hauteeseen ja säilynyt venymä mitattiin uudelleen. Tämä menettely toistettiin hauteilla, jotka olivat 20, 50, 100, 200 ja 400°C:ssa. Saatuja venymämittauksia analysoitiin päävaikutusten ja keskinäisten vaikutusten suuruuden määräämiseksi niiden alueiden suhteen, joilla muuttujia kokeiltiin.

Venymä, joka oli lämmössä palautuva yli 50°C:n lämpötila-alueella, otettiin tehokkuusmitaksi. Statistinen analyysi osoitti venymän päävaikutukselle keskimäärin 1,95 %:n ja pitolämpötlialle keskimäärin 1,65 %:n merkitsevyyttä. Muut päävaikutukset ja keskinäiset vaikutukset eivät olleet merkitseviä tässä kokeessa.

Tämän koemallin puitteissa parhaat olosuhteet olivat 7,1 %:n venymä 125°C:n pitolämpötilassa. Tämä antoi keskimäärin 3,81 %:n lämmössä palautuvan venymän yli 50°C:ssa.

6691 5 15

Esimerkki 5

Tutkittiin lejeerinkiä, joka sisälsi 64 paino-# kuparia, 35 paino-# sinkkiä ja 1 paino-# piitä. Tämän lejeeringin M -lämpötila oli -40°C. , Näytteitä muutettiin betamuotoon 5 minuutin ajan 860°C:ssa, jäähdytettiin 20°C:ssa olevaan veteen ja vanhennettiin eri aikoja metastabiilissa betafaasissa, mikä tässä koesarjassa tehtiin 50°C:ssa. Sen jälkeen kun koekappaleet oli asetettu vetokuormituslaitteeseen (noin 5 minuuttia asentamiseen huoneenlämpötilassa), ne jäähdytettiin -65°C:een ja deformoitiin 8 #:n vedolle. Deformoinnin jälkeen vetokokoonpanoon asetettiin pakotuslaite niin, että mitään kutistumista ei voinut tapahtua, mutta koekappaleet olivat vapaat läpikäymään itsestään syntyvän laajenemisen jos sellaista tapahtui. Pakotettu koekappale asetettiin 40°C:ssa olevaan veteen, jolla on erittäin suuri lämmitysnopeus, ja pidettiin tässä lämpötilassa eri aikoja ennen kuin se jäähdytettiin uudelleen M^-pisteen alapuolelle. Koekappaleet vapautuivat pakotuslaittees-ta jäähdytyksen aikana lievästi laajentuneina verrattuna alkuperäiseen sarjaan deformaation jälkeen. Pakotuslaite poistettiin koelaitteistosta niin, että koekappaleet, nyt "esikäsitellyssä" tilassaan saattoivat palautua vapaasti lämmössä, kun ne kuumennettiin uudelleen "suurella" nopeudella 600°C:een asetetussa uunissa.

A -lämpötilat ja lämmössä palautuvat venymät mitattiin kahden päämuuttu- s jän funktiona, vanhennusajan 50°C:ssa ennen deformointia ja pakotettuna pitoajan 40°C:ssa.

"Mekaanisen esikäsittelyn" tulokset esitetään taulukossa 1. Kullakin vanhennusajalla 50°C:ssa joitakin koekappaleita on myös kuumennettu suoraan -65°C:ssa tapahtuneen deformoinnin jälkeen, jotta voitaisiin verrata "mekaanisen esikäsittelyn" vaikutusta As-lämpötilaan.

Taulukko 1 osoittaa selvästi suuntauksen, että toinen As-lämpötila kohosi, kun pitoaikaa 40°C:ssa pidennettiin ja monissa tapauksissa se ylitti 4o°C:n lämpötilan. Toisaalta lämmössä palautuva kokonais-jännitys (so. 1. A -A„) pieneni pitoajan pidentyessä 40°C:ssa ja tämä palautumisen menetys tapahtui pääasiassa siinä osassa lämmössä palautuvaa jännitystä, joka on välillä 2. A -A„.

S I

6691 5 16

Taulukko I

Vanhennus- Esikäsittelyn Venymä A -1-tila °C Palautuminen 2. Kokonaispa- aika pitoaika % . ? A -1-tilan lautuminen ' ' yläpuolella, venymä * venymä %

Ei esikäsittelyä 7 >05 -50 - - 6,50 5 min huo- 10 sekuntia 6,90 3 -4 5>β5 6,80 neenlämpö- 30 " 7,10 -37 31 4,15 5,65 tilassa 1 min 6,90 -40 19 4,80 5,90 5 " 7,65 -37 59 2,90 3,95 10 " 6,95 -17 23 2,80 3,55 1 h 7,10 -45 19 3,10 4,00

Ei esikäsittelyä 7,25 “33 - - 6,95 45 min 10 sekuntia 6,75 -49 -9 5,30 6,55 50°C: ssa 30 " 6,35 -52 4 4,40 5,85 1 min 7,10 -43 23 4,45 5,70 5 " 7,35 -40 20 5,60 7,00 10 " 7,20 -51 19 3,65 5,15 1 h 7,55 -44 54 2,65 4,20

Ei esikäsittelyä 7,00 -32 - - 6,75 3 tuntia 10 sekuntia 7,25 -4l -4 5,75 7,00 50°C:ssa 30 " 7,20 -32 15 4,15 5,65 1 min 7,05 -30 19 5,65 6,85 5 " 6,85 -47 13 4,80 6,20 10 " 7,20 -32 29 5,65 6,65 1 h 7,30 -37 38 4,15 5,25 5 h 7,15 -44 44 5,60 6,75 16 h 7,50 -39 80 3,75 5,25

Ei esikäsittelyä 7,20 -27 - - 6,70 24 tuntia 10 sekuntia 7,05 -37 -4 5,85 6,55 50°C:ssa 30 " 7,25 -42 -5 5,80 7,25 1 min 7,45 -43 0 5,70 6,95 5 " 7,50 -35 24 5,75 6,70 10 " 7,50 -42 35 5,85 7,25 1 h 7,80 -34 29 4,70 5,80 5 h 7,40 -34 35 5,05 5,95 16 h 7,15 -47 69 2,90 4,70

Ei esikäsittelyä 7,10 -33 - - 6,80 1 viikko 10 min 7,00 -28 33 5,60 6,45 50°C:ssa 1 h 7,25 -37 47 5,20 6,20 5 h 7,45 -37 40 5,15 6,70 16 h 7,55 -40 33 5,60 6,70 6691 5 17

Vanhennusajan pidentäminen 50°C:ssa, metastabiilissa betafaasissa paransi suuresti lämmössä palautuvia kokonaisvenymiä (HRS-arvoja), mutta sillä oli vain vähäinen vaikutus toisen A -lämpötilan alentamiseen.

S

Varastoimisen vaikutusta huoneenlämpötilassa tutkittiin myös. Mekaanisen esikäsittelyn jälkeen koekappaleet jäähdytettiin ja pakotuslaite poistettiin kuten edellä. Sen sijaan, että koekappaleet olisi suoraan kuumennettu suurella nopeudella, niiden annettiin lämmetä huoneenlämpö-tilaan (20 - 2°C), jossa lämpötilassa niitä säilytettiin kolmen viikon ajan. Varastoinnin jälkeen koekappaleet asetettiin uudelleen koeleu-kaan ja kuumennettiin suoraan huoneenlämpötilasta A^-lämpötilan yläpuolelle.

Esimerkin vuoksi yhtä koekappaletta vanhennettiin 1 viikko 50°C:ssa ja pidettiin pakotuslaitteessa 16 tuntia 40°C:ssa (viimeinen tulos taulukossa 1). Lämmössä palautumisen hyötysuhde, kun se kuumennettiin suoraan M^-pisteestä pakotuslaitteen irrotuksen jälkeen oli 74 %· Tämä arvo putosi 57#:iin kahden päivän varastoinnin jälkeen, 47,8 #:iin yhden viikon jälkeen ja 46,4 #:iin kolmen viikon kuluttua 20°C:ssa.

Toinen A -lämpötila pysyi muuttumattomana n. 35°C:ssa.

S

Esimerkki 6

Tutkittiin lejeerinkiä, joka sisälsi 63,5 paino-# kuparia, 35,5 paino-# sinkkiä ja 1,0 paino-# alumiinia. Koeolosuhteet tämän lejeeringin "mekaaniselle esikäsittelylle" olivat täsmälleen samat kuin esimerkissä 5 lukuunottamatta deformointilämpötilaa, joka oli -50°C. Lejeeringin M oli suunnilleen -25°C. Koekappaleita vanhennettiin jälleen s metastabiilissa betafaasissa 50°C:ssa ja pidettiin pakotuslaitteessa 40°C:ssa.

Koekappaleilla, joita oli vanhennettu 3 tuntia 50°C:ssa Ja kuumennettu välittömästi nopeasti -50°C:ssa tapahtuneen deformoinnin jälkeen, ensimmäinen A oli -13°C, mutta toista A -pistettä ei havaittu, HRS oli S s 7,20 # (94 #:n hyötysuhde). Tulokset koekappaleelle, jota oli vanhennettu 3 tuntia 50°C:ssa ja mekaanisesti esikäsitelty, esitetään taulukossa II. Verrattuna aikaisempaan kupari-sinkki-piilejeeringin esimerkkiin toisen Ag-lämpötilan nousu ei ole yhtä suuri tällä lejee-ringillä.

6691 5 18

Taulukko II

Vanhennus- Esikäsittelyn Venymä A -1-tila °C Palautuminen Kokonaispalau- aika pitoaika # iS ~ 2 A -pisteen tuminen yläpuolella venymä * venymä # 3 Qtuntia 10 sekuntia 7,75 -35 -1 6,60 7,10 50 C:ssa jq » 7*60 -13 40 5,45 6,40 1 min 7,95 "32 -5 5,60 5,90 5 " 8,40 -19 14 6,80 7,45 10 " 7,65 -24 17 6,00 6,60 1 h 8,10 -15 34 5,05 6,45 5 h 7,60 -22 20 5,55 6,45 16 h 8,00 -24 25 5,90 6,55

Esimerkki 7

Tutkittiin lejeerinkiä, joka sisälsi 65,75 paino-# kuparia, 32,25 paino-# sinkkiä ja 2,00 paino-# alumiinia ja jonka M oli suunnilleen -25°C.

S

Tätä lejeerinkiä käsiteltiin samalla tavoin kuin aikaisempaa lejeerinkiä ja vanhennettiin 50°C:ssa ennen deformointia ja pidettiin 40°C:ssa pakon alaisena mekaanisessa esikäsittelyssä. Taulukko 3 esittää tuloksia tälle lejeeringille, kun sitä oli vanhennettu 3 tuntia 50°C:ssa.

Tulokset tämän lejeeringin esikäsittelemättömälle näytteelle, jota oli vanhennettu 3 tuntia 50°C:ssa ja kuumennettu välittömästi nopeasti -50°C:ssa tapahtuneen deformoinnin jälkeen olivat: 1. A = -35°C, ei toista A -pistettä, HRS = 7,10 (98 #:n hyötysuhde), s s

Kuten taulukossa III alla esitetään, toiset A -lämpötilat eivät nous-seet tällä lejeeringillä yhtä paljon kuin aikaisemmalla lejeeringillä, joka sisälsi 1 #:n alumiinia, mutta vastaavasti lämmössä palautuvat venymät olivat hyvin suuret.

6691 5 19

Taulukko III

Vanhennus- Esikäsittelyn Venymä A -1-tila °C Palautuminen Kokonaispa- aika pitoaika j ,s ? 2. A -pisteen lautuminen 40°C:ssa ' ' yläpuolella, venymä % venymä % 3 Qtuntia 10 sekuntia 6,60 -47 -10 5»85 6,30 50 C:ssa ^ „ 7,50 -40 -8 6,85 7,35 1 min 6,85 -19 15 5,75 6,50 5 " 7,10 -34 -9 5,95 6,60 10 " 7,10 -22 11 5,45 6,75 1 h 7,70 -24 21 5,25 7,30 5 h 7,75 -19 8 5,65 6,65 16 h 7,65 -25 19 6,40 7,20

On korostettava, että tämän esimerkin ja esimerkin 6 alumiinia sisältävää lejeerinkiä ei voitu helposti käsitellä kohonneen A -lämpötilan

S

aikaansaamiseksi termisellä esikäsittelyllä, koska käytännössä ei ollut mahdollista välttää lämpöpalautumista lämmitettäessä hitaasti esikäsitte-lylämpötilaan.

Samaa lejeerinkiä vanhennettiin myös betafaasissa 100°C:ssa ja pidettiin 40°C:ssa ja vanhennettiin 50°C:ssa ja pidettiin pakon alaisena 80C ’Crssa. Näiden käsittelyjen tulokset esitetään taulukossa IV koekappaleille, joita vanhennettiin 3 tuntia sopivassa lämpötilassa ja pidettiin eri aikoja rasituksella aikaansaadussa martensiittitilassa.

Taulukko IV

Vanhennus- Esikäsittelyn Esikäsittelyn Venymä A -1-tila Palautumi- Kokonaisaika pitolämpötila pitoaika % s °C nen 2. A - palautune) 1. 2. pisteen s minen yläpuolella venymä % venymä % 3 tuntia 40 10 min 7,15 -40 -6 5,65 6,50 100°C:ssa i h 7,70 -33 -2 5,75 6,60 5 h 6,10 -28 23 4,35 5,35 16 h 7,35 -29 20 5,70 6,65 3 tuntia 500;ssa 80 10 min 7,80 -33 43 4,85 6,10 1 h 6,75 -32 53 3,40 5,10 5 h 8,25 -26 102 1,90 3,30 6691 5 20

Korkeamman vanhennuslämpötilan kokonaisvaikutus on alentaa kohonnutta A -lämpötilaa ja lisätä lämmössä palautuvia jännityksiä.

S

Esikäsittelyajan nostolla 40°C:sta 80°C:een on paljon suurempi vaikutus kuin vanhennuslämpötilalla kohonneeseen A -lämpötilaan. Kuten taulu-kossa 4 esitetään, pitoajan pidentäminen 80°C:ssa 10 minuutista 5 tuntiin nostaa esikäsitellyn (toisen) A -lämpötilan 43°C:sta (so. alle pitolämpötilasta) 102°C:een. Lämpöpalautuminen vastaavasti pienenee, kun toinen As-lämpötila kohoaa.

Esimerkki 8

Tutkittiin lejeerinkiä, joka sisälsi 62,2 paino-# kuparia, 37,3 paino-# sinkkiä ja 0,5 paino-# alumiinia ja jonka M oli -33°C, ja lejeerinkiä, joka sisälsi 67,5 paino-# kuparia, 29,5 paino-# sinkkiä ja 3,0 paino-# alumiinia ja jonka M oli -30°C. Näitä lejeerinkejä käsiteltiin sa-

S

maila tavoin kuin kuvattiin muille kupari-sinkki-alumiinilejeeringeil-le esimerkeissä 6 ja 7. Mekaanisen esikäsittelyn tulokset sen jälkeen, kun lejeerinkejä oli vanhennettu betafaasissa kolme tuntia 50°C:ssa ja pidetty pakon alaisina eri aikoja 40°C:ssa, esitetään taulukossa 5-Samoissa koeolosuhteissa lämmössä palautuvat venymät toisen A -lämpö-tilan ja A^-lämpötilan välillä ovat suuremmat 3 #: sella alumiinilejee-ringillä kuin 0,5 #:n alumiinilejeeringillä.

Taulukko V

Lejee- Vanhennus- Esikäsitte- Venymä A -1-tila °C Palautuminen Kokonais-rinki aika lyn pito- % s 2. A -pis- palautumi- aika 1. 2. teen ylä- nen (40°C) puolella venymä % venymä # 62,6 # 3 tuntia 10 min 8,20 -41 24 3,15 4,10

Cu 50°C:ssa 1 h 8,35 '39 3^ 3,80 4,80 5 h 7,90 -44 12 4,90 5,95 16 h 8,15 -47 29 4,25 5,30 67,5 % 3 tuntia 10 min 6,65 '27 8 5,75 6,40

Cu 50°C:ssa 1 h 7,25 -40 24 5,35 6,60 5 h 7,15 -33 H 6,05 6,60 16 h 7,60 -21 26 5,25 6,60

Claims (12)

1. 6691 5
2. 1. Menetelmä elementin käsittelemiseksi sellaisen metalliseoksen hystereesisilmukan levittämiseksi, joka kykenee läpikäymään palautuvan muutoksen austeniittisen ja martensiittisen tilan välillä, joista se koostuu, tunnettu siitä, että pidetään elementtiä deformoidussa konfiguraatiossa pakon alaisena lämpötilassa, joka on sen M -pisteen yläpuolella riittävä aika deformaation saa- S miseksi säilymään ainakin osittain, kun pakotuslaite poistetaan ja metallisen materiaalin A :n nostamiseksi normaalin arvon yläpuo- S lelle ainakin yhdeksi kuumennusjaksoksi.
3. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että elementtiä pidetään pakon alaisena lämpötilassa, joka on M^-pisteen alapuolella.
4. 3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että elementti deformoidaan sen ollessa austeniitti-sessa tilassa.
5. 4. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että elementti deformoidaan lämpötilassa, joka on pito-lämpötilan alapuolella, ja sen lämpötila nostetaan pitolämpötilaan sen ollessa pakon alaisena.
6. 5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että elementti deformoidaan suunnilleen sen M -lämpötilas-sa.
7. 6. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että elementti deformoidaan lämpötilassa, joka on M -Mf-alueella.
8. 7. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että elementti deformoidaan lämpötilassa, joka on M -M--alueen alapuolella. 1 Minkä tahansa patenttivaatimuksen 1-7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että elementin lämpötila lasketaan M -pisteen alapuolelle ennen pakotuslaitteen poistamista. 6691 5 22
9. 9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lämpötila lasketaan Ms-Mp-alueelle ennen pakotuslait-teen poistamista.
10. 10. Patenttivaatimuksen 8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että elementti jäähdytetään Mg-M^-alueen alapuolelle ennen pakotuslaitteen poistamista.
11. 11. Minkä tahansa edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että elementti deformoidaan sen ollessa martensiittisessa tilassa ja että se lämmitetään hitaasti pitolämpötilaan.
12. 12. Minkä tahansa patenttivaatimuksen 1-11 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ennen elementin deformointia sitä pidetään lämpötilassa, joka on M -lämpötilan yläpuolella sen oi-lessa austeniittisessa tilassa, riittävän pitkä aika palautuvuuden menetyksen pienentämiseksi martensiittisen ja austeniittisen tilan välillä. 6691 5 23