DE2516749A1

DE2516749A1 - Metallkoerper mit reversiblem gestaltwechselvermoegen und verfahren zu deren herstellung

Info

Publication number: DE2516749A1
Application number: DE19752516749
Authority: DE
Inventors: Kazuyuki Enami; Soji Nenno
Original assignee: Osaka University NUC
Current assignee: Osaka University NUC
Priority date: 1974-05-04
Filing date: 1975-04-16
Publication date: 1975-11-20
Also published as: GB1499404A; NL7505339A; CH615698A5; DE2516749C3; CA1059797A; FR2279857A1; DE2516749B2; DD117487A5; US4019925A; FR2279857B1; JPS50148222A; JPS53925B2

Description

Dr. Joachim Rasper

Patentanwalt
62 Wiesbaden

»1» 22 ΤΛ 542142

OSAKA UNIVERSITY OSAKA / Japan

Metallkörper mit reversiblem Gestaltwechselvermögen und Verfahren zu deren Herstellung

Die Erfindung betrifft Metallkörper mit dauerhaft reversiblem Gestaltwechselvermögen, sowie ein Verfahren zu deren Hersteilung_o Die Erfindung betrifft weiterhin Nickel-Aluminium- und Hickel-Aluminium-Kobalt-Legierungen, die zum Herstellen solcher Metallkörper geeignet sind, sowie ein Verfahren zum Herstellen dieser Legierungen«,

Es ist bekannts daß bestimmte G-efüge gewisser Legierungs-Typen eine durch Temperatureinwiriiung ausgelöste Gestaltrückverformung zeigen können* Gemeint ist die Eigenschaft, daß Gegenstände, die aus solchen Legierungen bestehen und nach einer vorausgegangenen Wärmebehandlung anschließend

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innerhalb eines bestimmten Temperaturbereiches verformt worden sind, ihre ursprüngliche Gestalt wiedererlangen, wenn die betreffenden Gefüge bis über eine bestimmte Temperaturschwelle erwärmt werden,, Ss ist auch bekannt, daß diese Erscheinung im Zusammenhang mit einer Phasenumwandlung von einer bei niedrigerer Temperatur beständigen Phase in eine bei höherer Temperatur beständigen Phase auftritt, und daß man diese Eigenschaft bei Legierungen findet, die eine Phase aus einer intermetallischen Verbindung von der Art des ß - Messings bilden ( ρ - brass type electron compound alloys)„ Solche Legierungen können beispielsweise bestehen aus M-Ti, Au-Gd, Ag-Gd, Gu-Zn und Cu-Al, sowie aus Systemen auf Eisenbasis wie Fe-Ni oder Fe-Cr-Ni, Z₀ B₀ aus der Legierung für rostfreien 18 - 8 - Stahl (18 Gewo °ß> Cr und 8 Gew₀ /ί IJi)₉ Dieses Verhalten, das bekannte Metallkörper aufweisen können, ist jedoch nicht reversibel und auch nicht heterotrop, d„ ho wenn eine ursprüngliche Verformung durch Erwärmen auf eine bestimmte Temperatur einmal rückgängig gemacht worden ist, kann der Gegenstand durch anschließendes Abkühlen den verformten Zustand nicht wieder einnehmen» Deshalb ist es nach dem bekannten Verfahren unmöglich, den Gestaltwechsel wiederholt stattfinden zu lasseüo

Außerdem ist das Gestaltänderungsvermögen bei den bekannten Metallkörpern auch unvollkommen, d_o h_o der Ausgangszustand wird nicht wieder vollständig erreicht, so daß die_ Verwertung solcher Gegenstände nur auf einige wenige technische Anwendungen beschränkt ist_o

Der Erfindung liegt dagegen die Aufgabe zugrunde, Metallkörper zu erzeugen, die ein dauerhaft reversibles Gestaltwechselvermögen zeigen,,

Unter "dauerhaft reversiblem Gestaltwechselvermögen" (repeatedly reversible shape memory effect), im folgenden

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mit der englischen Abkürzung RSM bezeichnet, soll in diesem Zusammenhang die Eigenschaft verstanden werden, daß ein Gegenstand aus irgend einer Metallegierung durch abwechselndes Abkühlen und Erwärmen immer wieder, sei es vollständig oder auch unvollständig, in reversibler 'Jeise aus einer durch einmalige Verformung oder plastische Dehnung erzeugten Gestalt in seine Ausgangsgestalt zurückgebracht werden kann und umgekehrte

Solche Körper werden erfindungsgemäß erhalten, wenn man Legierungen mit einer der p - Struktur des Mesaings (CuZn, kubisch raumzentriert gemäß CsCl-Typ) entsprechenden Phase, die ein martensitisches Gefüge annehmen können ( fj- brass type martensitic alloy), einer "besonderen Behandlung unterwirft ο Derartige zur Erzielung der RSM-Eigenschaften geeigneten Legierungen werden im folgenden als RSM-Legierungen bezeichnete

Erfindungsgemäß weisen bestimmte neue Legierungen aus Ni-Al und Ni-Al-Co neben anderen metallurgischen Vorteilen besonders gute RSM-Eigenschaften auf_o

Das erfindungsgemäße Verfahren und die zu seiner Durchführung besonders geeigneten neuen Legierungen werden im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen im einzelnen beschrieben,,

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Es stellen dar:

Figo 1 das Spannungs-Dehnungs-Diagramm einer RSM-Legierung in vollständig mart ens iti sch em G-efügezustand;

Figo 2 ein Al-Co-Ii - Mischungsdiagramm mit erfindungsgemäßen legierungszusammensetzungen;

Fig. 3 eine schematische Veranschaulichung der RSM-Eigenschaft eines Gegenstandes gemäß Ausführungsbeispiel 1

In der weiteren Beschreibung werden noch folgende Bezeichnungen für bestimmte Temperaturniveaus bzw_o Umwandlungspunkte verwendet:

Md-Punkt =

höchste Temperatur, bei der der durch Abschrekken erhaltene metastabile Zustand einer Hochtemperatur-Ausgangsphase durch Verformung noch in Martensit übergeht;

Ms-Punkt =

Temperatur, bei der sich Martensit-G-efüge von selbst zu bilden beginnt;

Mf-Punkt =

Temperatur, bei der das gesamte Gefüge in Martensit umgewandelt ist;

As-Punkt =

Af-Punkt =

Temperatur, bei der sich beim Erwärmen die Hochtemperatur-Phase selbst auszubilden beginnt ;

Temperatur, bei der das gesamte Gefüge reversibel in die Hochtemperatur-Phase umgewandelt

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Ein Verfahren zum Herstellen von Körpern mit den erfindungsgemäßen RSM-Eigenschaften ist dadurch gekennzeichnet, daß man eine RSIJ-Legierung bei einer Temperatur unterhalb des Md-Punktes einer mechanischen yerformungsbeanspruchung aussetzt, deren Stärke so bemessen ist, daß die erste Streckgrenze des Martensit-G-efüges der Legierung bis über die erste plastische Fließzone hinaus überschritten wird, die Beanspruchung aber unterhalb der Grenze bleibt, bei der eine starke bleibende Dehnung durch Gleiten einsetzt,.

Die erforderliche Behandlung einer RSM-Legierung zur Herstellung von Metallkörpern mit RSM-Eigenschaften besteht in einer einen bestimmten Mindestbetrag überschreitenden Verformung des Legierungsgefüges bei einer !Temperatur unterhalb des Md-Punktes, vorteilhafterweise jedoch bei einer Temperatur unterhalb des Ms-Punktes oder sogar unterhalb des Mf-Punkteso Die yerformungsbeanspruchung wird dementsprechend erfindungsgemäß dann ausgeübt, wenn sich die Legierung im martensitischen Zustand befindete

Die vorgegebene auf das Legierungsgefüge auszuübende Verformungsbeanspruchung soll die erste Streckgrenze des martensitischen Gefüges bis über die erste plastische Fließzone hinaus überschreiten, soll aber unterhalb der Grenze bleiben, bei der starke oleibende Dehnung durch Gleiten einsetzt, d„ h_o die Beanspruchung soll zwischen den J?unkten A und B in Figo 1 liegen,,

Durch Erwärmen des verformten Materials über den As-Punkt oder den Af-Punkt hinaus nimmt das Gefüge ganz oder teilweise wieder seinen vor der Verformung bestandenen ausgangszustand ein_o Wird die Legierung wieder unter den Ms-Punkt oder den Mf-Punkt abgekühlt, wandelt sich das Gefüge wieder in die martensitische Phase um und kehrt dabei ganz oder teilweise in die durch die ursprüngliche Verformung

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erhaltene Gestalt zurück,, So können Metallkörper mit RSM-Eigenschaften durch abwechselndes Abkühlen und Erwärmen wiederholt ihre Gestalt zwischen einem Ausgangszustand und einem verformten Zustand wechseln.» "Die erforderliche Verformung kann jede Art von bleibender Verformung einschließen, wie etwa. Biegen, Verdrehen, Zug- oder Druckanwendung, Auswalzen, Ziehen oder Gesenkschmieden,,

Das Wesen des Verfahrens zur Herstellung der erfindungs- £,emäßen Gegenstände besteht darin, daß das Legierungsgefüge einen ganz bestimmten, begrenzten Verformungsgrad erfährt, und daß die Verformung des Gefüges grundsätzlich im martensitischen Zustand erfolgt»

Wenn die Verformung nur so groß ist, daß gerade die erste Streckgrenze erreicht wird, wird die Ausgangsgestalt nach der Verformung nur einmal wieder erreicht, und ein dauerhaftes Gestaltwechselvermögen (RoM) stellt sich nicht ein_o ffenn andererseits der größte Teil der plastischen Verformung auf einer Gleitverformung beruht (im Bereich jenseits des Punktes B in Figo 1), wird die Ausgangsgestalt kaum wiedererlangt, so daß auch in diesem Pail keine R8M-Eigenschaft entsteht ο "ί/ie aus dem oben gesagten hervorgeht, hat nur eine bestimmte Verformung der erfindungsgemäß angewandten Legierung die RSM-Eigenschaften zur Folge» Die Begründung hierfür wird weiter unten gegeben.

Wenn erfindungegemäß eine Legierung mit intermetallischer Phase von der Art des A - Messings (RSM-Legierung) im martensitischen Zustand verformt wird, erfolgt die erste plastische Verformung nicht wie bei gewöhnlichen Metallegierungen durch Gleiten. Die Verformung geschieht auf zwei Arten:

erstens (1) durch Zwillingsbildung in der martensitischen Phase und zweitens (2) durch Bildung einer neuen Martensit-

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struktur (streso-induced martensitic transformation). Pur die zweite Art der Verformung (2) bestellen wiederum zwei "Varianten,, Sinnicil kann durch die soannungsverursaehte Lmrtensitumwandlung eine im Aufbau vom Ausgarsgsgefüge unterschiedliche Martensitstruktur entstehen, zum anderen k^nn eine Martensitstruktur entstehen, die sich zv;ar nicht von der Ausgangsstruktur unterscheidet, aber in anderer Hichtunir orientiert ist_o

'.Venn das Ausmaß der Verformung klein ist (etwa nur bis zur ersten Streckgrenze, stellt sich keine HSM-Ei^enschaft ein«, überschreitet die Verformung aber die erwähnte untere Schwelle (Eunkt A in Mg₀ 1), bleibt die anlage für den Dehnungszustand selbst nach einer H'ickwaridlunf in die Ausgangs phase höherer Tempera.tür im Gefüge gespeichert und löst beim nachfolgenden Abkühlen eine Kartensitbildunp· in derjenigen Ausrichtung aus, die Jurch die Verformung erzeugt wurde, so daß sich der verformte Zustand wieder einstellte Wenn das Ausmaß der Verformung die obere zulässige Grenze (funkt B in Pie. 1) nicht aufgrund der Verformungsvorgänge (1) und (2) Überschreitet, sondern durch einen großen Anteil an Gleitverformung begleitet wird, wird die .wiederherstellung der Ausgangsgestalt immer schwieriger, und bei noch stärkerer Verformung stellt sich möglicherweise überhaupt keine IiSM-Eigenschaft mehr ein₀

Die meisten bekannten Legierungen mit einer intermetallischen Phase von der Art des j·* - Messings, welche ein martensitisches Gefüge aufweisen, sind als Aus^an-vsmaterial für das Verfahren zur Herstellung von Körpern mit den erfindungsgemäßen RSF-Eigenschaften geeignet. Bevorzugte RSM-Legierun^en bestehen jedoch aus den Systemen Hi-Al, ITi-Al-Go, Hi-Al-Ga, Hi-Al-Zn, Ni-Al-Ti, Ti-Hi, Ti-Co, Ti-Fe, Hi-Ti-V, Ti-Hi-Cr und Hi-Ti-IvIn, sowie aus Vierstoffsystemen (mit ITi, Pd, Ti und Zr), und anderen Legie-

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rungen wie Gu-Zn, Cu-Zn-Ga, Cu-Zn-Al, Cu-Zn-Sb, Ou-Zn-Sn, Cu-Al, Cu-Al-Ni, Cu-Al-Co und ähnlichen» Bei allen diesen Systemen erfolgt die Umwandlung von einer "Phase höherer Temperatur ( u¹- Phase) in eine Phase niedriger Temperatur (Martensit-Phase) reversibel_o

Wie bereits erwähnt, betrifft die Erfindung insbesondere auch neue Fi-Al- und Ni-Al-Co-Legierungen, die neben anderen metallurgischen Vorteilen ausgezeichnete RSM-Eigenschaften besitzen. Zusammensetzung, Eigenschaften und Herstellung dieser Legierungen werden im folgenden beschrieben.

A- Hi-Al-Legierung

Zusammensetzung: 55 - 65 At $ M, Rest Al; Bereich für den Ms-Punkt: - 273 bis + 300° Co

Ein bevorzugtes Verarbeitungsverfahren zur Herstellung dieser Legierungen besteht aus folgenden Verfahrensschritten:

a₀ Dem Schmelzen der Ausgangsmaterialien in der angegebenen Zusammensetzung im Vakuum oder unter einem geeigneten Schutzgas (zo Bo Argon) und langsames Erstarrenlassen der Schmelze»

b_o Dem Homogenisieren des aus der Schmelze erhaltenen Rohblockes zur Ausbildung eines grobkörnigen G-efüges oder eines Einkristalles in der R'' -Phase (Ausgangsphase höherer Temperatur);

ο» Einem Abschreckvorgang, bei dem der Einkristall oder ein Teil der grobkörnigen Ausgangsphase der erhaltenen Legierung auf eine Temperatur oberhalb 1000 C,

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aber unterhalb aller Schmelzpunkte der Legierungsbestandteile, angelassen und dann (in Wasser) abgekühlt wird ο

Vorteilhafterweise läßt man die Schmelze ohne Verwendung einer Form im Schmelztiegel selbst langsam erstarren und homogenisiert den Legierungsblock durch eine Wärmebehandlung bei etwa 1100 bis 1400°0 während einiger Tage.

Mit der angegebenen Verfahrensweise erhält man grobkörnige befuge oder Einkristalle. Die Gefüge besitzen erstklassige metallurgische und RSM-Eigensohaften«,

Ein Einkristall aus der erfindungsgemäßen Al-iii-Legierung zeigt einen äußerst ausgeprägten RSM-Effekt von hoher Genauigkeit und besitzt nebenbei hervorragende Werkstoffeigenschaften in Bezug auf Lebensdauer, Zähigkeit und insbesondere Bearbeitbarkeit,

Es gibt aber auch noch andere Möglichkeiten zum Erzeugen von grobkörnigen Gefügen oder Einkristallen unter Einschluß einer Homogenxsierbehandlungo Eine solche Verfahrensvariante besteht darin, daß man das Ausgangsmaterial in einer geeigneten Atmosphäre (z_o B₀ Argon) erschmilzt, durch eine in einer bestimmten Richtung verlaufende Abkühlung nach der Methode von Bridgeman et» al. aus der Schmelze ein grobkristallines Gefüge oder Einkristalle züchtet, und einen Teil dieses grobkristallinen Gefüges oder einen Einkristall im Zustand der Ausgangsphase, d_Q tu der bei höherer Temperatur vorherrschenden ß - Phase, einer Wärmebehandlung bei über 1000⁰O, aber unterhalb der Schmelzpunkte der Legierungsbestandteile unterwirft und dann in Wasser abkühlt„

Zur Ausbildung guter RSM-Eigenschaften enthält die Legie-

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rung vorzugsweise 62 - 65 At^ Ni und als Rest

V.enn diese Legierungen nach Umwandlung in die Martensitphase als Folge der vVasserkühlung oder einer auf die Wasserkühlung folgenden Abkühlung auf noch tiefere Temperaturen einer Verformung bis über die erste plastische J'ließzone hinaus unterworfen werden, weist das Gefüge hervorragende RÖM-Eigenschaften auf_o

Bei spröden G-efügen hat sich eine zweistufige Verformung als vorteilhaft erwiesen, die aus einer Vorverformung durch Auswalzen und einer anders gearteten Endverformung wie etwa durch Biegen, Verdrehen oder derglo besteht, wodurch man im Endeffekt ebenfalls gute RSM-Eigenschaften erzielt,, Allgemein soll die Vorverformung oder Vordehnung in einer anderen Richtung als derjenigen der Sndverfor mung verlaufen, wobei die durch die Vorverformung erzeugte Dehnung vorzugsweise unter 5 fo liegt_o

Mit einer Veränderung der anteilmäßigen Zusammensetzung der Legierung ändern sich auch der Ms-Punkt und der Af-Punkto Beispielsweise liegt für eine Legierung aus 61 Atyo Ii und 39 At7° Al der Ms-Punkt bei - 200° G und der Af-Punkt bei - 180° ö, während die entsprechenden Werte bei einer Legierung mit 65 At# Ni 300° G bzw_o 320° C betragen. In diesem Zusammensetzungsbereich ändern sich der Ms- und der Af-Punkt geradlinig mit dem Atom-^-G-ehalt an Ni _o Auf diese '/eise hat man es in der Hand, durch geeignete Auswahl der anteilmäßigen Legierungszusammensetzung den Temperaturbereich festzulegen, in dem der RSM-Gestaltwechsel vor sich gehen sollo Mit Legierungen aus 61 - 65 At^ Ni . und dem Rest Al können die RSM-Eigenschaften in einem Temperaturbereich von - 200° G bis + 300° G nutzbar gemacht werden«,

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Das Phänomen der erfindungsgemäßen RSM-Sigenschaft findet in der Technik nicht nur eine breite Anwendung, wie etwa für viele temperaturabhängige .'jchaltvorgänge, sondern hat auch den Vorteil, daß es für lange Zeit beständig ist und ein stabiles Verhalten zeigt, da es gegen Korrosionsund Temperatureinflüsse unempfindlich ist,,

Ni-Al-Qo-Legierung

Legierungen mit RSM-Sigenschaften werden auch dann erhalten, wenn man in dem Zweistoffsystem nach A. das Nickel teilweise oder auch ganz durch Kobalt ersetzt.Der erfindungsgemäß anwendbare Zusammensetzungsbereich der β - Phase solcher Legierungen ist im Dreistoff-Mischungsdiagramm der Figo 2 wiedergegeben,, Danach können die erfindungsgemäßen Legierungen 15-30 Gew₀ fo Al enthalten, wenn der Rest nur aus Oo besteht₀ Der Bereich des möglichen Al-Gehaltes wird mit zunehmendem Ni-Gehalt linear enger und beträgt 17-25 Gew. fa Al, wenn der Rest nur noch aus Ni besteht,, Alle in diesem Bereich liegenden Legierungen besitzen ebenfalls hervorragende ÜSM-Eigenschaften«, Durch die Zugabe von Co wird der Ms-Punkt angehoben und die Bearbeitbarkeit der Legierung verbessert. Das Verfahren zum Erzeugen von grobkristallinem Gefüge oder Einkristallen aus solchen Legierungen entspricht dem oben unter A₀ angegebenen.

Die beschriebenen neuen Ni-Al und Ni-Al-Oo-Legierungen besitzen gegenüber bekannten mart ens i-ti sehen Legierungsgefügen vom ρ -Messing-Typ eine höhere Härte und demzufolge überlegene RSM-Eigenschaften, so daß sie für alle möglichen technischen Anwendungen, insbesondere auch in der Feinmechanik geeignet sind.·

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Den.erfindungsgemäßen RSM-Legierungen können zur Beeinflussung der Legierungseigenschaften andere Elemente und / oder Beimengungen zugemischt werden, solange die Martensitumwandlung nicht beeinträchtigt wird_e

Wie aus der bisherigen Beschreibung hervorgeht, sind die erfindungsgemäi3en Metallgegenstände mit RSM-Eigenschaften und die erfindungsgemäßen neuen Legierungen von außerordentlicher technischer Bedeutung»'Wenn z₀ B₀ Metallgegenstände aus Legierungen mit den erfindungsgemäßen RSM-jiigenschaften als Temperaturfühler eingesetzt werden, kann ein solcher Fühler immer wieder benutzt werden, wobei sich der reversible Wechsel zwischen einer Ausgangsgestalt und einem verformten Zustand äußerst genau wiederholt, was mit bekannten Metallgegenständen nicht möglich isto Auf diese Weise lassen sich äußerst präzise Messungen ausführen,, Da die metallurgischen Eigenschaften, wie Ms-Punkt und As-Punkt der Legierungen für die erfindungsgemäßen Gegenstände durch geeignete Auswahl der prozentualen Legierungszusammensetzung in weiten Bereichen verändert werden können, lassen sich geeignete Metallgegenstände und Legierungen für beliebige Anwendungszwecke erzeugen.

Da weiterhin die Ms (Mf)- und As (Af)- Punkte der erfindungsgemäßen Legierungsgefüge von äußeren Krafteinwirkungen, wie Zo B₀ Druck, abhängig sind, können die betreffenden Legierungen auch für druckempfindliche Bauteile eingesetzt werdeno

Beim Einbau in eine Schaltvorrichtung kann ein erfindungsgemäßes Metallteil die Funktion eines temperaturerregten Schaltkontaktes übernehmen. Ferner können mit irgendeiner beliebigen Vorrichtung, die entweder elektrisch, magnetisch oder optisch die Gestalt (Länge, Dicke, Auslenkwinkel oder derglo) eines Teiles mit RSM-Eigenschaften abtastet,

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Zo Bo mit einem DifIerentialtransformator, einem Kondensator, magnetischen Geber oder auch Lichtzeiger, Temperatur und Druckimpulse übertragen werden, wenn dafür
ein erfindungsgemäßes Metallteil verwendet wird_o Mit diesen beispielhaften Angaben sind die Anwendungsmöglichkeiten von Metallteilen und -Legierungen mit RSM-Eigenschaften aber bei weitem noch nicht erschöpft_o

Die HSM-Legierungen, insbesondere aber die erfindungsgemäßen Ni-Al-Co-Legierungen, besitzen eine hohe chemische Beständigkeit z_o B. gegenüber oxidierenden Atmosphären
oder Säuren, so daß chemische Anlagen ein erfolgversprechendes Einsatzgebiet für ihre Verwendung darstellen

An zwei Ausführungsbeispielen wird die Erfindung im folgenden noch näher erläuterte

Ausführungsbeispiel 1

Verwendet wurde eine Ni-Al-Legierung mit 63,2 At jo Fi
und als Res
bei +70° G,

und als Rest Al₀ Der Ms-Punkt lag bei +50° C, der Af-Punkt

Eine Legierung der angegebenen Zusammensetzung wurde
durch Erschmelzen im Vakuum hergestellt und anschließend langsam abgekühlt₀ Nach dem Abkühlen wurde der lietallblock durch eine Wärmebehandlung bei etwa 1300° O während einer Dauer von drei Tagen homogenisiert, wodurch ein grobkörniges G-efüge entstand, aus dem ein Einkristall von etwa 3 - 5 cm Durchmesser entnommen wurde ο

Bin aus dem Einkristall herausgearbeitetes Plättchen von 0,3 mm Dicke wurde durch Abschrecken von 1250° C in Wasser in martensitisches G-efüge umgewandelt» Durch Kaltwalzen bei Raumtemperatur mit etwa 3 /ό Vorstreckung und anschließendes Biegen mit etwa 20 mm Biegeradius wurde ein ketall-

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-H-

plättchen mit RriM-Eigenschaften erhalten,, Beim Erwärmen über den Af-Punkt nahm das Plättchen wieder vollständig seine Ausgangsgestalt ein (100 y* Rückverformung) „ Beim folgenden Abkühlen unter den Af-Punkt kehrte das Plättchen wieder in seine gebogene Gestalt mit einem Krümmungsradius von 24 mm zurück» i3ei weiteren Auf heiz- und Abkühl-Zyklen stellte sich der gebogene Zustand immer wieder voll ein. Mg» 3 veranschaulicht diesen Vorgänge

Figo 3-1 zeigt ein Metallplättchen, das durch Abschrekken des G-efüges von einer Temperatur von 1300 G in Eiswasser in den martensitiochen Zustand umgewandelt und dann durch ..'alzen bei Raumtemperatur um 3 yö gestreckt wurde„ Das Plättchen wurde, wie in Figo 3-1 dargestellt, gebogen und an einem Ende eingespannte

In Figo 3 (2) ist angedeutet, wie das Plättchen nach Erwärmen mit einem Gasfeuerzeug (über den Af-Punkt) wieder seine ebene Aus₆angsgestalt angenommen hat»

Figo 3 (3) veranschaulicht, daß das Plättchen beim Abkühlen in Luft auf Raumtemperatur wieder in seine gebogene Gestalt zurückkehrte_o

Die in den Figo 3 (2) und 3 (3) gezeigten Zustände können durch ein wiederholtes Anheben und Absenken der Temperatur wechselweise immer wieder hergestellt werden₀

Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ist es nicht zu empfehlen, daß das Ausmaß der Yorstreckung durch Auswalzen 5 ^c/o überschreitet,, Zum Erzielen der RSM-Eigenschaften bei anschließender Biegeverformung sollte die Anfangsdehnung durch ViTaI ζ en sogar unter 3 λ> bleiben „

Bei Anwendung einer Druckverformung wurden die gleichen RSM-Eigenschaften erzielt„ Das erforderliche Verformungs-

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Ausmaß muß auch bei Druckverformung den lunkt A in Figo 1 überschreiten» Der genau erforderliche Betrag ändert sich möglicherweise mit der Kristallorientierung, der Probeabmessung und der Zusammensetzung. Im Falle einer 4x4x7 mm großen Probe aus einer Legierung mit 64 At °/o Ni und als Eest Al betrug die notwendige Verformung etwa 5 °/>_o Bei Verformungen unterhalb dieser Grenze nimmt der RSM-Effekt ab oder bleibt fast ganz aus„

Die im Beispiel verwendete Legierung wird im allgemeinen als spröde angesehen; es konnte aber nachgewiesen werden, daß diese Sprödigkeit hauptsächlich auf dem Vorhandensein der Korngrenzen aus der Ausgangsphase (Phase höherer Temperatur) beruht und dementsprechend oe± Verwendung von Einkristallen aus der Ausgangsphase eine ausgezeichnete Bearbeitbarkeit erreicht wirdo Daher sollten zur Herstellung von Gegenständen mit RSM-iiiigenschaften aus einer Ni-Al-Legierung stets Einkristalle aus der Ausgangsphase verwendet werden.

Ausführungsbeispiel 2

Verwendet wurde eine Ni-Al-Oo-Legierung mit 63»8 At fi Ni, 1,0 At >ä Oo und als Rest Al₀ Der Ms-Punkt lag bei etwa +200° G und der As (bzw₀ Af) - Punkt bei etwa + 780° O₀

Ein Metallteil mit RSM-Eigenschaften aus einem Einkristall wurde auf ähnliche weise wie in Beispiel 1 hergestellte

Das Metallteil wurde durch Biegen einer flachstabartig ausgebildeten Probe aus einem Einkristall bei Raumtemperatur ohne jegliche Vorverformung erzeugt» Nach Erwärmen über den Umwandlungspunkt nahm das Metallteil wieder vollständig seine Ausgangsgestalt an und ging nach anschließen-

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dem Abkühlen im wesentlichen vollständig wieder in den gebogenen Zustand über₀ Auch bei nachfolgend wiederholten aufheiz- und Abkühl-Zyklen lief der Wechsel zwischen dem ursprünglichen und dem verformten Zustand vollständig at>_o

Es wurde bereits erwähnt, daß durch Zugabe von Kobalt als drittem Legierungselement der Ms-Punkt sinkt und die Bearbeitbarkeit des Martensitgefüges sich verbesserte Deshalb braucht bei solchen Legierungen eine Vorverformung zum Vermeiden von Sprödigkeitsbrüchen, wie sie bei Beispiel 1 durchgeführt wurde, nicht unbedingt angewandt zu werden₀ Aber auch im Falle Oo-haltiger Legierungen beeinträchtigt eine Vorverformung die RSM-Eigenschaften nicht, sondern sie verbessert sie.

Je nach Co-Gehalt kann es vorkommen, daß das Martensitgefüge unterhalb des Af-Punktes zerfällt (in ein Troostitartiges Zwischengefüge)ο Bei einer Legierung der obigen Zusammensetzung kann z_o B₀ ein zehnminütiges Altern bei 300° G diesen Zerfall herbeiführen,, Deshalb werden Metallteile mit RSM-Eigenschaften aus dieser Legierung vorzugsweise bei Temperaturen unter 300° C eingesetzt. Die Gestaltwechsel-Temperatur liegt in diesem Fall bei etwa 280° G₀

Auch bei dieser Legierung ist es vorteilhaft, wie in Beispiel 1 grobkörniges Gefüge oder Einkristalle aus der Ausgangsphase zu verwenden_e

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Claims

■Patentansprüche

Verfahren zum Herstellen von Metallkörpern mit dauerhaft reversiblem Gestaltwechselvermögen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Metallkörper aus einer Legierung vom Typ des

ρ - Messings mit martensitischem G-efüge unterhalb derjenigen Umwandlungstemperatur, bei der das durch Abschrecken erhaltene metastabile G-efüge einer bei höherer Temperatur beständigen Ausgangsphase durch Verformung noch in Martensit übergeht (Md-±>unkt), einer Verformungsbeanspruchung unterworfen wird, die die erste Streckgrenze bis über die erste plastische Fließzone hinaus überschreitet, aber unterhalb derjenigen Grenze bleibt, bei der starke bleibende Dehnung durch Gleiten einsetzt

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diese Verformungsbeanspruchung unterhalb derjenigen Umwandlungstemperatur ausgeführt wird, bei der sich martensitisches Gefüge von selbst zu bilden beginnt (Ms-Punkt)«,

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diese Verformungsbeanspruchung unterhalb derjenigen Umwandlungstemperatur ausgeführt wird, bei der das gesamte Gefüge in Martensit umgewandelt ist (Mf-Punkt)«,

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß diese Verformungsbeanspruchung aus einer Vorverformung und einer Endverformung besteht, die in unterschiedlichen Richtungen ausgeübt werden«,

Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dai3 die Vorverformung weniger als 5 5» beträgt„

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6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5_} dadurch gekennzeichnet, daß eine Nickel-Aluminium-Legierung vom

ρ - Messing-Typ verwendet wird, die 55 - 65 At $ Uiekel und im übrigen Aluminium enthalte

ο Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5> dadurch gekennzeichnet, daß eine Nickel-Aluminium-Kobalt-Legierung vom Typ des ρ - Messings verwendet wird, die zwischen
15 und 30 Gew» % Al und im übrigen ITi und / oder Oo in beliebigem Mischungsverhältnis enthält»

8ο Verfahren nach Anspruch 6 und 7> dadurch gekennzeichnet, daß eine Legierung verwendet wird, die aus grobkörnigem G-efüge oder aus Einkristallen besteht„

Nickel-Aluminium-Legierung vom Typ des β - Messings,
dadurch gekennzeichnet, daß sie aus 55 - 65 At ^ Ni und im übrigen aus Al besteht„

1Oo Nickel-Aluminium-Kobalt-Legierung vom Typ des β -Messings, dadurch gekennzeichnet, daß sie zwischen 15 und 30 G-ewo °/o Al und im übrigen Ni und / oder Go in beliebigem Mischungsverhältnis enthält»

11_O Legierung nach Anspruch 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus grobkörnigem Gefüge oder aus Einkristallen besteht»

12o Verfahren zum Herstellen einer Legierung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, bestehend aus folgenden Verfahrensschritten:

a) Schmelzen der Ausgangsstoffe unter Vakuum oder einer geeigneten Inertgas-Atmosphäre, und langsames Erstarrenlassen der Schmelze,

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b) Homogenisieren des erhaltenen Rohraetallblockes zum Erzeugen einer β - Phase aus grobkörnigem Gefüge oder Sinkristalien, und

c) Anlassen der weiter zu verarbeitenden Einkristalle oder Teile des grobkörnigen Gefüges aus P - Phase auf eine Temperatur unterhalb der Schmelzpunkte der Legierungsbestandteile mit anschließendem Abschrecken»

13) Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß

die Schmelze im Schmelztiegel langsam abgekühlt und der

Rohmetallblock während einiger Tage bei etwa 1100 - 1400 C homogenisiert wird_o

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