Gedächtnislegierung auf der Basis von Cu/Zn/Al und Verfahren zu ihrer Herstellung

Abstract

 Cu/Zn/Al-Gedächtnislegierung bestehend aus einem feinkörnigen heterogenen (α +ß)-Gefüge hoher Kaltverformbarkeit, weiche dadurch hergestellt wird, daß alle Glüh-und Warmverformungsoperationen im besagten (a +ß)-Phasenraum vorgenommen werden.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung geht aus von einer Gedächtnislegierung nach der Gattung des Anspruchs 1 und einem Verfahren zu ihrer Herstellung nach'der Gattung des Anspruchs 5.

[0002] Gedächtnislegierungen auf Cu/Zn/Al-Basis sind bekannt (z.B. L. Delaey, E. Aernoudt und J. Roos, "Das Formerinnerungsvermögen und die hohe Dämpfung in Kupfer-Zink-Aluminium-Legierungen", Metall, Heft 12, 31. Jahrgang 1977, S. 1325 ff.). Die Herstellung sowie die Eigenschaften derartiger Gedächtnislegierungen sind verschiedentlich beschrieben worden (z.B. US-PS 4 014 716). Die ursprünglich als Gussbarren vorliegenden Legierungen werden zunächst warmverformt, wärmebehandelt, kaltverformt und schliesslich einer letzten Wärmebehandlung und einem Abschreckprozess unterworfen, um die β-Phase bzw. die martensitische Struktur zu erhalten. Oft müssen diese Operationen wiederholt hintereinander ausgeführt werden, um zu den End-Abmessungen des Werkstückes zu gelangen.

[0003] Es zeigt sich nun, dass insbesondere bei der Herstellung von Material geringer Querschnittsabmessungen (Drähte, Bleche) durch das wiederholte Aufheizen zwecks Wärmebehandlung und Warmverformung sowie Zwischenglühung nach Kaltverformung mit Zinkverlusten durch Verdampfen und mit beträchtlicher Kornvergröberung gerechnet werden muss.

[0004] Es besteht daher ein grosses Bedürfnis nach einer spezifischen Auswahl von Legierungen dieses Typs und einem geeigneten Herstellungsverfahren zur Verbesserung der Verformungseigenschaften.

[0005] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für die Klasse der Cu/Zn/Al-Gedächtnislegierungen eine geeignete Gefügeausbildung und Zusammensetzung sowie ein Herstellungs-und Weiterverarbeitungsverfahren vorzuschlagen, wodurch die Kaltverformbarkeit wesentlich gesteigert und hiermit die Anzahl der Verfahrensschritte, insbesondere der erforderlichen Zwischenglühungen vermindert werden'kann.

[0006] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 5 gelöst.

[0007] Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Ausführungsbeispiele beschrieben.

Ausführungsbeispiel 1:

[0008] Eine Kupfer-Zink-Aluminium-Legierung wurde wie folgt erschmolzen:

[0009] Diese Mischung wurde in einen Graphitschamottetiegel gegeben und unter Argon sowohl niedergeschmolzen wie in eine stehende Kokille aus Eisen gegossen. Der Gussbarren hatte eine Abmessung von 100 mm Durchmesser und 400 mm Höhe und wog 23 kg. Seine Zusammensetzung stellte sich wie folgt:

[0010] Vom Gussbarren wurde ein Zylinder von 100 mm Durchmesser und 100 mm Länge abgeschnitten und als Pressbolzen in eine Strangpresse eingesetzt. Das Strangpressen erfolgte bei einer Temperatur von 700^oC. Es wurde ein Stab von 13,5 mm Durchmesser erzeugt, so dass das Reduktionsverhältnis 1:55 betrug. Durch den hohen Grad der Warmverformung wurde durch anschliessendes Glühen bei 700⁰C während 10 min ein feinkörniges Gefüge gleichachsiger Kristallite einer Mischung von oC - und /3-Phase erzeugt. Der mittlere Kristallitdurchmesser der α-Phase betrug 5 bis 25 µ. Die metallographische Untersuchung ergab, dass der Volumenanteil an α-Phase ungefähr 60 % betrug. In der Praxis ist es jedoch zulässig, dass auch 20 % mehr oder 30 % weniger von dieser α-Phase vorliegen. Wird die Glühtemperatur erniedrigt, entsteht mehr, wird sie erhöht, dann entsteht weniger α-Phase. Der Stab von 13,5 mm Durchmesser wurde mittels Warm-Rundhämmern zugespitzt und anschliessend durch mehrere aufeinanderfolgende Ziehmatrizen bis zum Bruch durch Kaltziehen in seinem Durchmesser reduziert. Der Bruch erfolgte bei einem Durchmesser von 5,2 mm. Die dabei erzielte Querschnittsabnahme betrug 85 %.

Ausführungsbeispiel 2 :

[0011] Dieses Beispiel soll lediglich zum Vergleich mit dem erfindungsgemässen Beispiel 1 herangezogen werden und bezieht sich auf herkömmliche Verfahren gemäss Stand der Technik.

[0012] Als Ausgangsmaterial diente die gleiche unter Beispiel 1- angegebene Kupfer-Zink-Aluminium-Legierung. Ein durch Strangpressen hergestellter Draht von 13,5 mm Durchmesser wurde einer Glühung bei 820°C während 10 min unterworfen. Dieser Zustand entsprach einem Punkt im β-Mischkristallgebiet. Nach erfolgter Luftabkühlung wurde ein aus der α und der β-Phase bestehendes grobkörniges Mischgefüge nach Widmannstätten-Art vorgefunden. Die Kristallite wiesen eine Grösse von 250 bis 1000 µ auf. Der Stab wurde ebenfalls durch Rundhämmern angespitzt und durch Kaltziehen bis zum Bruch auf einen Durchmesser von 9,1 mm reduziert. Dies entsprach einer Querschnittsabnahme von lediglich 54 %.

[0013] Die für dieses Verfahren geeigneten Cu/Zn/Al-Legierungen können aus 2 bis 9 Gew.-% Al, 15 bis 32 Gew.-% Zn, Rest Cu, insbesondere aber aus 2 bis 6 Gew.-% Al, 21 bis 32 Gew.-% Zn, Rest Cu oder aus 6 bis 9 Gew.-% Al, 15 bis 27 Gew.-% Zn, Rest Cu bestehen. Die erste, im (α+β)-Phasenraum vorzunehmende Warmverformung soll mindestens 20 % bezogen auf den ursprünglichen Querschnitt betragen. Sämtliche Glüh- und Warmverformoperationen werden vorteilhafterweise im Temperaturbereich von 500 bis 800°C durchgeführt.

[0014] Durch das erfindungsgemässe Verfahren wurden Kupfer-Zink-Aluminium-Gedächtnislegierungen geschaffen, welche eine hohe Kaltverformbarkeit aufweisen und sich insbesondere zur Verarbeitung auf Blech- und Drahtmaterial eignen.

Ansprüche

1. Gedächtnislegierung auf der Basis von Cu/Zn/Al, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus 2 bis 9 Gew.-% Al, 15 bis 32 Gew.-% Zn, Rest Cu besteht, ein heterogenes (α+β)-Gefüge mit einem Kristallitdurchmesser von 5 bis 25 µ von gleichachsig orientierten Kristalliten besitzt und eine Kaltverformbarkeit beim Ziehen und Walzen ohne Zwischenglühen von mindestens 55 % Querschnittsabnahme besitzt.

2. Gedächtnislegierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus 2 bis 6 Gew.-% Al, 21 bis 32 Gew.-% Zn, Rest Cu besteht.

3. Gedächtnislegierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus 6 bis 9 Gew.-% Al, 15 bis 27 Gew.-% Zn, Rest Cu besteht.

4. Gedächtnislegierung nach Anspruch 1; dadurch gekennzeichnet, dass sie aus 2,8 Gew.-% Al, 28,7 Gew.-% Zn, Rest Cu besteht.

5. Verfahren zur Erhöhung der Kaltverformbarkeit einer Gedächtnislegierung auf der Basis von Cu/Zn/Al, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung gegossen, abgekühlt und in den heterogenen Phasenraum des (α + β )-Gefüges erwärmt wird, derart, dass mindestens 30 Vol.-% der Kristallite als β-Phase vorliegen, dass die Legierung im )-Phasenraum um mindestens 20 % bezogen auf den ursprünglichen Querschnitt warmverformt wird und dass sämtliche darauffolgenden Glüh- und Warmverformoperationen in diesem besagten heterogenen Phasenraum durchgeführt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Glüh- und Warmverformoperationen im Temperaturbereich von 500 bis 800°C durchgeführt werden.