NO139165B - Keramisk silisiumcarbidgjenstand med hoey densitet og fremgangsmaate ved fremstilling derav - Google Patents

Description

Sinkknalegeringer og fremgangsmåte til deres fremstilling.

Som bekjent er en av de viktigste teknologiske egenskaper ved en legering dens forhold i fast tilstand ved værelsetempera-tur under bøying, falsing, trykking og strek-king.

Heksagonalt krystalliserende metaller som sink viser med hensyn til dette en sterk avhengighet av formningsretningen og er ømfindtlig overfor temperaturpåkjennin-ger under fremstillingen eller ved forarbei-delsen. Som følge av det sistnevnte opptrer rekrystallisasjon og med denne en nedset-ting av formningsevnen. Det har ikke manglet på forsøk på å influere på dette forhold ved legeringstilsetninger. Her virker blandingskrystalldannere, som små Mg-tilsetninger, riktignok kornforfinende, imidlertid samtidig også herdende således at lé-geringens formbarhet avtar. Primært krystalliserende tilsetninger som jern (som hårdsinkkrystaller) eller mangan virker kornforfinende, men nedsetter imidlertid bøyeligheten ved utformning til større korngrensekrystallitter. Aluminiumholdige legeringer blir på grunn av deres tendens til interkrystallinsk korrosjon på finsink begrenset som basis og deres teknologiske egenskaper faller betraktelig etter varme-påkjenninger.

Fra aluminiumforskningen er det kjent at man med meget små tilsetninger av titan til aluminium oppnår en finkornet strukturoppbygning. De primært utskilte Al-Ti-krystaller virker ved krystallisasjo-nen som kimdannere. I sink er slike virk-ninger ikke oppnålig i samme grad. Legeringer med eutektiske Ti-innhold fra 0,2 til 0,4 %Ti er på ingen måte finkornet nok til å bibringe en høy plastisitet i knamate-rialet. Oppløsningen av det høytsmeltende titan i sink under vakuum eller edelgass byr dessuten på vanskeligheter. Kobber-titan eller mangan-titan i form av lavt smelten-de forlegeringer lar seg lett oppløse i sink. Ved undersøkelser over innvirkning av kobber-titan-, mangan-titan-, eller ternære Cu-Mn-Ti-forlegeringer på knadd sinkrå-stoffs egenskaper ble det nu gjort over-raskende iakttagelser.

Titan har som bekjent i fast tilstand en høy oppløsningsevne for nitrogen og hydrogen, en egenskap som spesielt van-skeliggjør dets fremstilling og forarbeid-barhet. Titan med i blandingskrystall opp-løst nitrogen og/eller hydrogen er sprøtt og bare vanskelig forarbeidbart.

Smeltes rent titanmetall med en ren-hetsgrad som tilsvarer en brinellhardhet på 60—80 kg pr. mm- i vakuum til en Cu-Ti-forlegering og denne settes til sinken, så oppnår man allerede ved Cu-innhold på 0,5—1 % og Ti-innhold på 0,1—0,4 % en forholdsvis finkornet fordeling av titanider. Det ble også fastslått at slike legeringers sigefasthet øket spesielt når man har gjen-nomført en oppvarmning av arbeidsstoffet til 150—200° C. Ved økende Ti-innhold avtar imidlertid forarbeidbarheten (sammenlign U.S. patent nr. 2 472 402 hvor det prin-sipielt er kjent en sinkknalegering bestående av 0,5 til 1,5 % kobber, 0,12 til 0,5 % titan og resten sink).

Slike legeringers formbarhet som kna-material oppnår følgelig ennu ikke ekstremt høye verdier når samtidig rekrystallisa-sjonstendensen forskyves til høyere enn for sink typiske temperaturer.

Oppfinnelsens gjenstand er derimot en sinkknalegering av 0,1—2,5 % kobber, 0,05 til 1 % titan hvorav eventuelt inntil 50 % kan være erstattet av zirkonium og/eller hafnium, eventuelt dessuten 0,05 %—1,5 % mangan og resten finsink og/eller hyttesink, idet det nye består i at titanet har et innhold av 1—67 atom-% hydrogen og/eller nitrogen og/eller oksygen, fortrinnsvis bare hydrogen. Denne legeringen utmerker seg slik det ble funnet ved en vesentlig bedret formbarhet og er spesielt egnet som valse-materiale.

Som allerede nevnt er det gjennom U.S.A.-patent nr. 2 472 402 i og for seg kjent en sinkknalegering med de nevnte innhold av kobber og titan. Denne legering har imidlertid intet innhold av hydrogen, nitrogen og/eller oksygen da det handelsvan-lige titan som anvendes til fremstilling av de kjente legeringer er fri for disse gasser eller i det minste inneholder så lite av disse at det ikke oppnåes en sammensetning iføl-ge oppfinnelsen. Således fremgår det nem-lig av tidsskriftet «Metall» 6 (1952) side 251 tabell 3 entydig at det i handelsvanlig ti-tansvamp, som vanligvis kommer til anvendelse, inneholdes ikke hydrogen og det tillates heller ikke som det fremgår av side 250 høyre spalte siste avsnitt linje 1 og 2 (sammenlign i denne forbindelse Øgså tidsskriftet «Berg und Hiittenmånnische Mo-natshefte» 101 (1956) hefte 12, side 287, høyre spalte første avsnitt, ifølge hvilket det i blikk av teknisk ren titan er tillatt et maksimalt hydrogeninnhold på ca. 0,012 vektsprosent hvilket omtrent tilsvarer 0,5 atom-%).

I mange tilfeller er det fordelaktig når man erstatter kobberet i legeringen ifølge oppfinnelsen inntil 50 % av dets mengde med mangan. Det er også mulig å nedsette titaninnholdet inntil ca. 50 % av den ovenfor angitte mengde og i stedenfor å an-vende zirkonium og/eller hafnium i legeringen.

En hensiktsmessig fremgangsmåte til ytterligere økning av plastisiteten av legeringen ifølge oppfinnelsen består i at de etter en koldforming som er foretatt ved ca. 20—100° C før deres anvendelse glødes ved temperaturer mellom ca. 100 og 350° C.

For fremstilling av legeringen ifølge oppfinnelsen foreligger det forskjellige muligheter. Således kan man f. eks. av flytende kobber ved innføring av fast titan smelte en forlegering som gassbehandles med de ovennevnte gasser, spesielt med hydrogen eller ammoniakk, og hvori sinksmelten innføres. Det flytende kobber kan også behandles med de nevnte gasser, spesielt med hydrogen eller ammoniakk, og deretter innføres titan i kobbersmelten hvorpå den således dannede forlegeringen innføres i sinksmelten. Herved kan man også gå frem således at titanet før innfø-ringen i kobbersmelten behandles med gass. Forlegeringens smeltepunkt kan man nedsette ved en sinktilsetning, idet det også er mulig å tilsette sinken etter gassbehandlin-gen.

Legeringene ifølge oppfinnelsen utmerker seg ved spesielle egenskaper spesielt med hensyn til formbarhet, bøyeevne, utmatningsstyrke og brettbarhet og dessuten ved et gunstig dyptrekningsf orhold.

Først ble det undersøkt sinklegeringer på basis av finsink og hyttesink, altså en sinktype (hyttesink) som tidligere ble an-sett som uegnet for slike legeringer da det ved Pb-innhold over 0,1 % opptrådte interkrystallinsk korrosjon. Videre ble det un-dersøkt legeringer med 0,1—2 % Cu, 0,05— 1 % Ti, resp. ternære legeringer med ytterligere innhold fra 0,05 til 1,5 % Mn. Legeringene ble støpt til blokker som ble for-valset varme ved 250° C og ved ca. 20—100° C, fortrinnsvis 50—80° C, forarbeidet til 0,6 mm tykke blikk. Bøyeforholdet av slike blikk ble sammenlignet i utmatningstil-stand og etter en to timers glødning ved 200° C. Etter en slik glødning er finsink eller også hyttesink som formbart arbeids-materiale i og for seg allerede uegnet. Som karakteriserende målestokk for egenskapene velges her bøyningstallene, d.v.s. an-tall frem- og tilbake-bøyninger inntil brudd. Resultatene refererer seg til en legering med ca. 0,6 % Cu og ca. 0,1 % Ti.

Eksempel 1:

Kobber og titan ble sammensmeltet i vakuum eller i ren argon. Fordelaktig vel-ger man da Ti-innholdene i nærheten av eutektikumet, d.v.s. 20—30 % Ti. Forlege-ringenes smeltepunkt kan man også senke ved tilsetning av sink. De stivnede forlegeringer ble da oppløst i flytende sink.

Den titanholdige krystalltype er for-delt middels fint i strukturen, ofte nåle-formet; i det glødede arbeidsstoff opptrer flere ganger rekrystalliserte sinkkrystal-ler.

Eksempel 2:

Flytende kobber ble smeltet sammen med titan til en forlegering, og a) utsatt for hydrogengass, b) utsatt for ammoniakk.

For de i det følgende nevnte resultater viser det seg som uten betydning om det flytende kobber utsettes for hydrogengass resp. ammoniakkgass og titanet innbringes i den mettede smelte, eller om smeiten og titan atskilt utsettes for gass. I alle tilfelle forelå hydrogen resp. hydrogen-nitrogen bundet til titan.

Den titanholdige krystalltype fremkom kuleformet og er meget finfordelt. Den for-andrer ikke sin ytre habitus ved glødebe-handling. Det inntrer ingen rekrystallise-ring og ved glødning øker bøyeligheten sterkt.

Overensstemmende med analytiske resultater viser det seg at her er ikke de rent metalliske komponenter titan resp. de dannede metalltitanider virksomme, men av-gjørende er innholdet av hydrogen og/eller nitrogen resp. oksygen som ligger i det angitte området.

For finstrukturen er således ikke metall-titanidene av innflytelse, men deres deres evne til å oppløse hydrogen og nitrogen i blandingskrystallen.

At plastisiteten øker tross en for sinklegeringer høy glødebehandling som ble ut-videt fra 100° C til 300—350° C taler likeledes for virkningen av de nevnte elemen-ter, som er bundet til titan eller oppløst deri, hvis temperaturavhengige oppløsning og utskillelse likeledes influerer på arbeids-material-egenskapene likesom en eventuell reduserende virkning av titanhydridet på oksydiske korngrensestoffer ikke er uteluk-ket.

I blyholdige sinklegeringer, altså slike på hyttesinkbasis, fører den dråpeformede blyutskillelse ved stivning som bekjent til en ikke regulerbar blyfordeling i strukturen, hvorfor knaarbeidsstoffet på hyttesinkbasis alltid viser en dårligere formbarhet enn slike på finsinkbasis. Etter den i forsøk 2 angitte fremgangsmåte kommer man også med hyttesink til en meget bedre plastisitet.

Eksempel 3:

Forlegeringene fremstilles som angitt i eksempel 2, legeringene viser deretter føl-gende bøyetall for 0,6 mm blikk etter en glødning ved 300° C i to timer:

Dampprøve etter 10 dagers dampbe-handling viste ingen interkrystallinsk korrosjon og ingen senkning av egenskapene.

Eksempel 4:

Følgende eksempel gir i tabellform sammenligningsverdier av utmatningsstyrke av finsink og forskjellige legeringer.

Undersøkelsene av utmatningsstyrke foregikk på 0,6 mm båndstrimler parallelt i valseretningen med en strimmellengde på 600 mm. Strimlene som var innspent i bak-ker ble over en hevarm belastet i forholdet 1 : 10, utvidelsesavlesningen er på den lan-ge hevarm mulig inntil 200 mm, d.v.s. inntil 3,3 %.

Sammenligningsmessig ble det under-søkt: Finsink, finsink med 1 % Cu (ZnCul), finsink med 0,15 % Ti (ZnTi 15), en kom-pleks Zn-Cu-Ti-legering (STZ) av følgende sammensetning:

og den samme legering i foredlet tilstand

(STZ verg.)

Heri inneholdt titanet som var tilstede

i legeringen (betegnet med STZ) i henhold til oppfinnelsen omtrent 5 atomprosent hydrogen eller ca. 20 atom-% nitrogen, el-

ler en tilsvarende mengde oksygen oppløst i blandingskrystallen eller som forbindelse med titan.

Utmatningsstyrke av finsinkbånd av forskjellige legeringer parallelt til valseretningen i dager/1 % utvidelse:

Tabellen viser spesielt at ved oppfinnelsens legering ZnTi med Cu, Mn er det mulig en påkjenning på 8 kg/mm<2> ved en sigehastighet på 1 %/år, (350 dager). Her-• ved er maksimale muligheter av foredlede kvaliteter ennu ikke utnyttet. For sigefast-hetskrav tilsvarende en utvidelse på 1 % pr. år, fremkommer således som belastnings-grense i kg/mm-:

STZ-legeringens belastbarhet tilsvarer

60 % av proporsjonalitetsgrensen, mens legeringer av typen Zn Cul med samme pro-porsjonalitetsgrense og fasthet bare tillater en belastning på 20 % av den nevnte verdi.

Hertil kommer at titanholdige sinkvalse-legeringer i praktiske langtidsforsøk dess-

uten forholder seg gunstigere, titanfrie ugunstigere enn på forhånd beregnet.

Av interesse ved en sinklegering ifølge oppfinnelsen er også utvidelsesforholdet. Således oppnås ved en legering av den ovenfor under betegnelsen STZ angitte sammensetning allerede før brudd en ut-

videlse på 120 %, mens utvidelsen i umid-

delbar nærhet av revnestedet øker inntil 200 %.

Claims (7)

1. Sinkknalegering bestående av 0,1— 2,5 % kobber, 0,05—1 % titan hvorav eventuelt inntil 50 % kan være erstattet av zirkonium og/eller hafnium, eventuelt 0,05— 1,5 % mangan, og resten finsink og/eller hyttesink, karakterisert ved at titanet har et innhold av 1—67 atomprosent hydrogen og/eller nitrogen og/eller oksygen, fortrinnsvis bare hydrogen.

2. Fremgangsmåte til å øke plastisiteten av legeringen ifølge påstand 1, karakterisert ved at den etter en ved ca. 20—100° C foretatt koldforming før dens anvendelse glødes ved temperaturer mellom ca. 100 og 350° C.

3. Fremgangsmåte til fremstilling av legeringen ifølge påstand 1, karakterisert ved at det ved innføring av fast titan i flytende kobber smeltes en forlegering, som behandles med de i påstand 1 nevnte gasser, spesielt med hydrogen eller ammoniakk, og denne forlegering innføres i sinksmelten.

4. Fremgangsmåten til fremstilling av legeringer ifølge påstand 1, karakterisert ved at det flytende kobber behandles med de i påstand 1 nevnte gasser, spesielt med hydrogen eller ammoniakk, deretter innføres titanet i denne kobbersmelte, hvorpå den således dannede forlegering innføres i sinksmelten.

5. Fremgangsmåte ifølge påstand 4, karakterisert ved at titanet gassbehandles før innføring i kobbersmelten.

6. Fremgangsmåte ifølge påstandene 3—5, karakterisert ved at forlegeringens smeltepunkt nedsettes ved en sinktilsetning.

7. Fremgangsmåte ifølge påstand 6, karakterisert ved at sinken settes til kobber-titan-smelten etter gassbehand-lingen.