Verfahren zur Herstellung einer Kupferbasis-Gedächtnislegierung

Abstract

 Cu Al- oder Cu Al Nl-Gedachtnislegterungen werden pulvermetallurgisch dadurch hergestellt, dass unter Verwendung von Grobkornpulvern aus Vor- oder Endlegierungen mit 0,05 bis 0,8 mm Partikeldurchmesser eine Mischung erzeugt und diese in einen Metallbehälter unter Vakuum abgefüllt wird, worauf der Behälter verschlossen, verschweisst und heiss-isostatisch gepresst, sowie der entstandene Rohling warmverformt wird. Als Variante wird das Pulver in einen Gummischlauch abgefüllt und zunächst kalt-isostatisch gepresst. worauf der Rohling in einen Kupferzylinder gesteckt, der letztere verschlossen, heiss-isostatisch gepresst, homogenisiert und der entstandene Rohling warmverformt wird.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Herstellung einer Kupferbasis-Gedächtnislegierung nach der Gattung des Anspruchs 1.

[0002] Gedächtnislegierungen des β-Sondermessingtyrps wurden bisher vorwiegend schmelzmetallurgisch hergestellt. Ferner sind Verfahren zur pulvermetallurgischen Herstellung derartiger Legierungen bekannt geworden (z.B. M. Follon, E. Aernoudt, Powder-metallurgically processed shape-memcry alloys, 5th European Symposium on Powder Metallurgy, Stockholm 1978, S. 275 - 231). Diese meist mit feinen bis sehr feinen Pulvern arbeitenden Methoden sind ganz allgemein aus der Pulvermetallurgie bekannt. Andererseits sind auch Herstellungsverfahren bekannt, welche verhältnismässig grobkörnige Pulver als Ausgangsmaterialien verwenden. Dies gilt vor allem für die Pulvermetallurgie von Titanlegierungen und von Nickelsuperlegierungen (z.B. G.H.Gessinger, Brown Boveri Research Center, "Titanium powder metallurgy and composites", Int. Tivankonferenz, Kyoto , Mai 1980; G.H.Gessinger and M.J.Eomford, "Powder metallurgy of superalloys", International Metallurgical Reviews 1974, Versucht man, nach den üblichen pulvermetallurgischen Methoden, d.h. durch Mischen, Pressen, Sintern, ev. abwechslungsweises mehrmaliges Pressen und Sintern von groben Pulvern aus Kupferlegierungen Werkstücke herzustellen, so erhält man bestenfalls filterähnliche poröse Gebilde, die für Sonderzwecke bereits seit einiger Zeit im Handel sind. Es besteht daher ein Bedürfnis nach einem Verfahren, welches kompakte, dichte Erzeugnisse liefert.

[0003] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Herstellungsverfahren für Kupferbasis-Gedächtnislegierungen anzugeben, welches hohe Reproduzierbarkeit mit grösstmöglicher Einfachheit und Wirtschaftlichkeit verbindet, sich für die Massenerzeugung eignet und homogene, dichte Produkte in Form von Halbzeug oder Fertigerzeugnissen ermöglicht.

[0004] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

[0005] Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden, durch Figuren erläuterten Ausführungsbeispiele beschrieben.

[0006] Dabei zeigt:

Fig. 1 das Fliessbild (Blockdarstellung) der grundsätzlichen Verfahrensschritte,

Fig. 2 das Fliessbild einer Ausführungsvariante des Verfahrens mit zusätzlichem kalt-isostatischem Pressen und Homogenisieren.

[0007] Grundsätzlich können die groben Pulver (Korngrösse>0,05 durch Plasma-Sphäroidisierung, Verfahren der rotierenden Elektrode, Zertropfen einer Schmelze mittels Ultraschallanregung, Verdüsen einer Schmelze unter hoher Geschwindigkeit oder durch jedes beliebige andere bekannte Verfahren hergestellt werden.

Ausführungsbeispiel I:

Siehe Fliessbild Fig. 1

[0008] Nach dem Verfahren der rotierenden Elektrode wurde ein der endgültigen Legierung entsprechendes Grobkornpulver folgender Zusammensetzung und Partikelgrösse hergestellt:

[0009] 1500 g des Grobkornpulvers wurde gemischt und unter vakuum in ein metallenes Gefäss abgefüllt. Im vorliegenden Fall bestand letzteres aus einem dünnwandigen Hohlzylinder aus rostfreiem Stahl mit den folgenden Abmessungen:

[0010] Der Stahlzylinder wurde mit einem Deckel versehen und unter Vakuum verschlossen und verschweisst. Die auf diese Weise mit Pulver gefüllte Kapsel wurde einem heiss-isostatischen Pressvorgang mit folgenden Kenndaten unterworfen:

Isostatischer (hydrostatischer) Druck: 50 MPa

[0011] Nach erfolgtem Pressen wurde der Rohling einer Warmverformung durch Freiformschmieden bei einer Temperatur von ca. 800°C unterworfen. Dabei wurde im wesentlichen der Durchmesser des Werkstücks reduziert, so dass schliesslich ein Stab von 18 mm Durchmesser-vorlag.

[0012] Das Verfahren ist.keineswegs auf diese Ausführungsvariante begrenzt. Das Ausgangspulver kann auch aus Pulvern verschiedener Zusammensetzung bestehen, welche gesamthaft die Endlegierung ergeben. Der Korndurchmesser (Partikelgrösse) des Pulvers kann prinzipiell zwischen 0,05 und 0,8 mm liegen. Der beim isostatischen Pressen angewandte Druck kann je nach Verhältnissen und Grösse des zu erzeugenden Werkstücks 50 bis 300 MPa, die dazugehörige Presstemperatur je nach Legierung 750 bis 950°C und die Zeitdauer Y2 h bis 5 h betragen. Die Warmverformungsoperation, welche in Schmieden, Pressen, Rundhämmern, Walzen etc. bestehen kann, wird vorteilhafterweise im Temperaturbereich zwischen 750 und 850°C durchgeführt. Statt eines Gefässes aus rostfreiem Stahl kann auch ein Hohlzylinder aus Kupfer oder einer duktilen Kupferlegierung zur Einkapselung des Pulvers verwendet werden.

Ausführungsbeispiel II:

Siehe Fliessbild Fig. 2.

[0013] Nach dem Verfahren der rotierenden Elektrode wurden 2 grobkörnige Vorlegierungspulver der nachfolgenden Zusammensetzung und Partikelgrösse hergestellt:

[0014] Je 500 g der beiden Pulver wurden gemischt und von der Mischung 800 g unter Vakuum in einen Gummischlauch von 88 mm Innendurchmesser und 110 mm Länge abgefüllt. Die Pulvermischung entsprach somit einer Legierung folgender Endzusammensetzung:

[0015] Das im Gummischlauch eingekapselte Pulver wurde einem kalt-isostatischen Pressvorgang unterworfen:

[0016] Der kalt vorgepresste Rohling wurde nach Entnahme aus dem Gummischlauch in einen Kupferzylinder folgender Abmessungen eingekapselt:

[0017] Der Kupferzylinder wurde mit einem Deckel versehen und unter Vakuum verschlossen und verschweisst. Hierauf wurde die auf diese Weise abgeschlossene Kapsel einem heiss-isostatischen Pressvorgang mit folgenden Kenndaten unterworfen:

[0018] Nach dem Pressen wurde der Rohling einer Warmbehandlung unterworfen, welche in einer Homogenisierungsglühung unter folgenden Bedingungen entsprach:

[0019] Nach erfolgter Homogenisierung wurde das Werkstück einer Schmiedeoperation ähnlich Beispiel 1 unterworfen.

[0020] Das Verfahren erschöpft sich nicht in dieser Ausführungsvariante. Als Ausgangspulver können beliebige Mischungen von Vorlegierungen und/oder Elementarpulver in beliebiger Anzahl (zwei oder mehr Pulverarten) Verwendung finden. Bedingung ist lediglich, dass durch das Mischen des Pulvers die gewünschte Endzusammensetzung erzielt wird.

[0021] Statt eines Gummischlauches kann auch ein geeigneter Kunststoffschlauch zum kalt-isostatischen Pressen, welches vorteilhafterweise bei Drücken von 300 bis 800 MPa während 1 bis 10 min durchgeführt wird, verwendet werden. Die Homogenisierungsglühung kann im Temperaturbereich von 900 bis 950°C während 1 bis 20 h durchgeführt werden.

[0022] Als Legierungen für dieses Verfahren eignen sich insbesondere solche der nachfolgenden Zusammensetzung:

[0023] Durch das erfindungsgemässe pulvermetallurgische Verfahren sowie die danach erzeugten Halbfabrikate und Fertigerzeugnisse wird die Herstellung von Werkstücken aus einer Gedächtnislegierung des Cu/Al- oder Cu/Al/Ni-Typs ermöglicht, welche gegenüber schmelzmetallurgisch oder nach herkömmlichen pulvermetallurgischen Methoden hergestellten Körpern eine bessere Homogenität aufweisen und eine wirtschaftliche Fertigung erlauben.

Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung einer Kupferbasis-Gedächtnislegierung auf pulvermetallurgischem Weg, dadurch gekennzeichnet, dass als Ausgangsmaterial ein grobkörniges Legierungspulver mit einer Partikelgrösse von 0,05 bis 0,8 mm Korndurchmesser benutzt wird, dass das Legierungspulver gemischt, in ein Gefäss abgefüllt, unter Vakuum verschlossen und unter einem Druck von 50 bis 300 MPa im Temperaturbereich von 750 bis 950°C während Y2 h bis 5 h heiss-isostatisch gepresst wird und dass der Pressling anschliessend bei einer Temperatur von 750 bis 850°C einer Warmverformungsoperation durch Schmieden, Pressen, Rundhämmern oder Walzen unterworfen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Ausgangsmaterial ein Legierungspulver der Endzusammensetzung der Gedächtnislegierung benutzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch l,_'dadurch gekennzeichnet, dass als Ausgangsmaterial zwei oder mehrere Vorlegierungspulver benutzt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Gefäss eine Kapsel aus rostfreiem Stahl oder Kupfer benutzt und vakuumdicht verschweisst wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Gefäss ein Gummischlauch benutzt und das Legierungspulver zunächst unter einem Druck von 300 bis 800 MPa während 1 bis 10 min kalt-isostatisch gepresst und der so erhaltene Pressling vor dem heiss-isostatischen Pressen in einen Kupferzylinder eingekapselt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Pressling nach dem heiss-isostatischen Pressen und vor der Warmverformungsoperation einer Homogenisierungsglühung unter Schutzgasatmosphäre im Temperaturbereich von 900 bis 950⁰C während einer Zeit von 1 bis 20 h unterworfen wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Ausgangsmaterial ein Legierungspulver benutzt wird, welches in der Endzusammensetzung einer Gedächtnislegierung mit 10,5 bis 15 Gew.-% Aluminium, 0 bis 6 Gew.-% Nickel, Rest Kupfer entspricht.

Zeichnung