NO127406B - - Google Patents

Description

Fremgangsmåte ved stabilisering av en legering

av TiNi-typen.

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte ved stabiliserende varme-behandling av en legering av TiNi-typen for på regulerbar måte å forbedre dens egenskaper.

Med uttrykket "en legering av TiNi-typen" skal forstås en legering med et fasediagram av TiNi.-typen, og uttrykket omfatter foruten TiNi f.eks. TiCo,.,TiFe og,deres intermediære, ternære legeringer TiNi X Co--, L "X og TiCo X Fe--L , —X. Dessuten har legeringer som ZrRh, ZrPd, ZrRu og deres intermediære, ternære legeringer samt legeringene HfPt, HfIr, HfOs og deres intermediære legeringer tilsvarende egenskaper som legeringen TiNi. Disse legeringer er nærmere omtalt i norsk patentskrift nr. 1220^-2..

Det er kjent å oppvarme legeringer som TiNi til en temperatur over deres martensittiske temperatur fra ca. 600°C til 850°C i en noe lengre tid enn den som.er nodvendig for oppvarming av materialet og som i alminnelighet er mindre enn en time. Oppvarmingen er i de fleste tilfeller blitt fulgt av en avkjoling med en avkjolingshastighet som har vært bestemt av provestykkets masse og den normale var.meavgivelse til omgivende, stillestående luft. Varmebehandlingen åv nærmest stokiometrisk TiNi har avveket noe fra denne fremgangsmåte ved at det har vært anvendt en temperatur av 700 - 800°C i noen få timer.

Det viste seg at de beskrevne varmebehandlinger forårsaket variasjoner i legeringens evne til energiomdannelse, dens mekaniske hukommelse og akustiske dempning. Disse variasjoner er tidligere blitt tilskrevet små forskjeller i legeringssammensetning, mengden av ikke-metalliske inneslutninger, f.eks. Ti^^O, T"iLf_'Ni2N, TiC, etc., og en akkumulering av forurensninger■på grunn-av overflateoxydasjon. Disse observerte variasjoner har imidlertid ikke gjort legeringen ubrukelig, men har bevirket at en noyaktig reproduksjon av dimen-sjoner ikke jevnt har kunnet foretas eller forutsies. For eksempel er en tvunnet tråd eller en boyet folie av TiNi tilboyelig til å bli "trett" etter gjentatt deformering og utretting ved oppvarming.

Denne "tretthet" eller avspenning er særpreget for den manglende

evne til TiNi til å gjenvinne sin struktur. Dessuten har det vist seg at mengden av "avspenning" varierer fra prove til prove.

Behovet for å kunne forutsi legeringers egenskaper eksisterer innen det elektroniske område hvor det stilles store krav til spesifikasjoner og hvor materialets begrensninger nbye må kjennes.

Det har ifolge oppfinnelsen vist seg at de nevnte variasjoner kan tilskrives materialets termiske syklus som kan foregå selv ved værelsetemperatur. Således bevirker temperatursvingninger over og under visse kritiske temperaturer at energi vil lagres i legeringen som derfor blant andre egenskaper ikke vil oppvise den samme motstand eller dimensjonsgjenvinning som. tidligere målt under de samme temperaturbetingelser. Disse avvikelser ligner sterkt den hysterese-effekt som er særpreget for legeringer. Imidlertid viser legeringen av en eller annen dkke klarlagt grunn en bedre hukommelse og bedre dempningsegenskaper når den gjennomløper en syklus^.noen hundrede ganger, selv om disse egenskaper når en maksimumsverdi hvoretter de faller ved ytterligere utsettelse for temperatursykluser.

Oppfinnelsen angår således en fremgangsmåte ved stabilisering <: >av en legering av TiNi-typen som ved temperatursvingninger mellom en nedre og en ovre kritisk temperatur utsettes for egenskapsforandringer, spesielt legeringer på basis av TiNi, og fremgangsmåten er særpreget ved at legeringen glodes ved 650-700°C, hvorefter den langsomt avkjbles til en temperatur under den kritiske temperatur.

Det har vist seg at variasjoner i egenskaper i det vesentlige elimineres ved oppvarming av legeringen til 650 - 700°C og etter-følgende langsom avkjoling til en temperatur hvor legeringen ikke undergår et termisk syklusgjennomlop. Dersom den nedre kritiske temperatur er lavere enn værelsetemperatur, kan legeringen dessuten gis en viss mekanisk spenning, men ikke en tilstrekkelig spenning til at. legeringen vil deformeres plastisk eller kaldbearbeides.

En slik deformering kan avleses av en spennings-forlengelseskurve og ledsages som regel av en slipp, tvillingdannelse eller dislokasjons-bevegelse. På denne måte er det mulig å lagre legeringen ved værelsetemperatur uten at den gjennomloper temperatursykluser som kan ha en odeleggende virkning på dens egenskaper.

Ifblge oppfinnelsen kan de kritiske temperaturgrenser hvor legeringens egenskaper ikke forringes, beregnes ved hjelp av målinger av spesifikk motstand, motstand eller dempning, hvorav de spesifikke motstandsmålinger er de mest noyaktige. Den ovre kritiske tempera-turgrense (Tg) er den temperatur hvor legeringens spesifikke motstand ved avkjoling for forste gang er ulik den spesifikke motstand som fåes ved samme temperatur under oppvarming av legeringen til en gitt temperatur, når legeringen avkjbles etter å være blitt oppvarmet til over dens martensittiske temperatur. Den nedre kritiske tempera-turgrense (T^) er den temperatur hvor under vider<e avkjoling av legeringen dens spesifikke motstand tilsvarer den spesifikke motstand målt ved samme temperatur under oppvarming av legeringen.

Ved hjelp ai den foreliggende fremgangsmåte kan en legerings varmeenergi effektivt omdannes til mekanisk energi, avspenning av legeringen gjbres minst mulig og legeringen lagres uten at noen av dens egenskaper bdelegges.

Oppfinnelsen vil bli nærmere beskrevet, under henvisning til tegningene, hvorav

fig. 1 er et fasediagram for TiNi som viser de forskjellige typer av TiNi som forekommer innen bestemte temperaturområder,

fig. 2 omfatter tre kurver som viser spesifikk elektrisk motstand for TiNi i forhold til temperaturen og hvorav'virkningene av en termisk syklus vil fremgå, og

fig. 3 omfatter ytterligere kurver for spesifikk motstand i' forhold..til temperaturen og hvorav virkningene av en spenningspåvirkning av TiNi vil framgå.

TiNi er et eksempel på en legering som kan stabiliseres ved hjelp av den foreliggende fremgangsmåte. Denne legering har de mest onskede egenskaper, som god energiomdannelsesvirkning, mekanisk hukommelse og akustisk dempning, etter at den er blitt oppvarmet til 650- 700°'c og deretter langsomt avkjblt slik at den vil passere gjennom en martensittomdannelse.

Ved hjelp av krystallografisk bestemmelse, som rontgen-diffraksjon, er det blitt fastslått at TiNi-har fire forskjellige krystallstrukturer, som vist på fig. 1. Ved å oppvarme legeringen til 650-700°C forekommer en ordning av krystallstrukturen, og defekter på grunn av en termisk syklus elimineres. Ved oppvarming av legeringen bor det imidlertid sorges for at temperaturen ikke vil overstige 700°C fordi legeringen da vil inneholde noe TiNi (I) ved den martensittiske temperatur (M ) som igjen vil fore til dannelse av en uonsket blanding av TiNi-tilstander under martensittreak-sjonen. Den martensittiske temperatur for TiNi varierer og er avhengig av de relative mengdeforhold av Ti og Ni, som omhandlet i norsk patentskrift nr. 1220V2. Således er den martensittiske temperatur for eksempel for stokiometrisk TiNi ca. 170°C. Dessuten kan oppvarmingen utfores enten ved et trykk av lO-^ mm eller i nær-vær av en ren, torr,<*>inaktiv gass, som f.eks. helium eller argon,

for å hindre oxydasjon og annen innleiringsforurensning.

Etter at legeringen er blitt anlopt og praktisk talt hele legeringen befinner seg i TiNi (Il)-tilstanden, avkjbles den langsomt til under den martensittiske temperatur, hvoretter den undergår en martensittomdannelse over de neste 60 - 70°C.

Denne omdannelse medforer både elektron- og atomforandringer, hvorved det forekommer en lokalisering og delokalisering av elektroner og dessuten forskyvningsmomenter i en bestemt rekkefolge og på- sam-virkende måte. Målinger av spesifikk motstand utfores derfor for å bestemme martensittomdannelsens karakteristikk.

Det nedtegnes en kurve over den spesifikke motstand i forhold til temperaturen,og en prove av TiNi som var blitt varmebehandlet ved foreliggende, fremgangsmåte, ga den på fig. 2 (a) viste kurve.

Den trekantede del av kurven for den spesifikke motstand kan repro-duseres dersom oppvarmings- og avkjolingssyklusene foregår kontinuer-lig i én retning inntil temperaturene (T^ og Tg) overskrides for temperaturen i provestykket vendes. Hvis imidlertid provestykket underkastes en syklisering mellom T^ og Tg, forskyves trekanten og dens areal vokser som vist på fig. 2 (b) som gjengir resultatet av noen få oppvarmingssykluser. Forskyvningen av trekanten og dens areal blir meget sterk etter flere hundrede av disse sykluser, som vist på fig. 2 (c). Ved gjennomlopning av ytterligere termiske sykluser blir imidlertid området mindre, og dette viser at det forekommer et stor ste område for et gitt antall temperatursykluser. Forekomsten av trekanten innen området av 60 til 70°C antas å skyldes en forskjell i Buergers vektor for atomær forskyvning og som har en verdi som er avhengig av om legeringen oppvarmes eller avkjbles. Denne vektor påvirkes ytterligere dersom legeringen gjennomloper en syklus innen dette temperaturområde. Ved disse målinger skal for opp-nåelse av de best sammenlignbare resultater oppvarmings- og avkjol-ingshastighetene ikke variere fra undersøkelse til undersbkelse.

Forskyvningen og bkningen av trekantens areal er særpreget ved at den ledsages av en forbedring av legeringens egenskaper. Forsok har f.eks. bekreftet at det fås en forbedret virkning ved overforing av varmeenergi til mekanisk energi og også en forbedret hukommelse for den legering som ved nedtegning av en kurve over den spesifikke motstand har det stor ste trekantareal.

Legeringens folsomhet innen TA-Tg-området byr på et praktisk problem i forbindelse med lagring av legeringen. Flere av de praktisk talt stokiometriske TiNi-legeringer har en Tg-temperatur av ca. 70°C, og trekantarealtet (0 - 70°C) ville derfor omfatte værelsetemperatur. Lagringen av et slikt materiale ved værelsetemperatur (ca. 25°(Z) vil således i betraktelig grad påvirke materialets egenskaper som folge av vanlige varmesvingninger selv om materialet er blitt behandlet ved foreliggende fremgangsmåte.

Dette problem kan loses ved å lagre materialet, enten ved -20°C

eller derunder eller ved 80°C eller derover slik at vanlige sving-

ninger i temperaturen ikke vil bringe materialet inn i trekantom-

rådet. Denne losning er imidlertid ikke helt tilfredsstillende på

grunn av de okede omkostninger som en opprettholdelse av temperaturen på disse verdier medforer. En annen og mer bkonomisk losning består i mekanisk å spenningspåvirke materialet ved en temperatur .under M ,

men innenfor dets martensittiske grense, i en slik grad at plastisk deformering og fastning ikke vil inntreffe. På denne måte kan den varmebehandlede legering lagres ved værelsetemperatur uten å forringes på grunn av termiske syklusgjennomlop.

Noen andre virkninger av spenningspåvirkning er vist på fig. 3,

Det kan spesielt av kurvene på fig. 3 (c), (d) og (e) sees at ikke

bare trekantområdet, men også temperaturområdet fra T. til T^, blir mindre. Dessuten synes en sammentrykning å være spesielt virksom for å minske arealet og området.

Claims (5)

1. Fremgangsmåte ved stabilisering av en legering av TiNi-typen som ved temperatursvingninger mellom en nedre og en ovre kritisk temperatur utsettes for egenskapsforandringer, spesielt legeringer på basis av TiNi, karakterisert ved at legeringen glodes ved 650-700°C, hvorefter den langsomt avkjoles til en temperatur under den kritiske temperatur.

2. Fremgangsmåte ifolge krav 1,karakterisert ved at legeringen utsettes for en spenningspåvirkning innen dens martensittiske grense.

3. Fremgangsmåte ifolge krav 2, karakterisert ved at legeringen utsettes for en trykkspenningspåvirkning. h.

Fremgangsmåte ifolge krav 1,karakterisert ved at legeringens spesifikke motstand måles både under oppvarmingen til glodetemperatur og under avkjolingen fra glodetemperaturen og de målte spesifikke motstandsverdier sammenlignes, idet avkjolingen fortsettes under en temperatur, som svarer til den ovre kritiske temperatur, ved hvilken den målte spesifikke motstandsverdi under . avkjolingen for forste gang er forskjellig fra den under oppvarmingen målte spesifikke motstandsverdi ved samme temperatur, og i det minste til en temperatur, som svarer til den nedre kritiske temperatur, ved hvilken den under avkjolingen målte spesifikke motstandsverdi tilsvarer den spesifikke motstandsverdi som under oppvarmingen ble målt ved samme temperatur.

5. Fremgangsmåte ifolge krav ^, karakterisert ved at legeringen underkastes en rekke oppvarminger og avkjolinger mellom den nedre og ovre kritiske temperatur.