DE1268851B - Use of a nickel-titanium alloy - Google Patents
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Description
Verwendung einer Nickel-Titan-Legierung Die Erfindung bezieht sich auf die Verwendung einer Nickel-Titan-Legierung von 30 bis 50"1, Ti' Rest Nickel, die sich durch ungewöhnliche mechanische und physikalische Eigenschaften auszeichnet.Use of a nickel-titanium alloy The invention relates to the use of a nickel-titanium alloy of 30 to 50 "1, Ti 'balance nickel, which is characterized by unusual mechanical and physical properties.
Die meisten intermeiallischen Verbindungen sind sehr spröde und besitzen keine Duktilität -bei Raumtemperatur. Trotz vieler anderer außergewöhnlich guter Eigenschaften, die solche Verbindungen aufweisen - beispielsweise behalten sie ihre Festigkeit bei hoher Temperatur -, macht sie die Sprödigkeit bei Raumtemperatur praktisch unbrauchbar für irgendwelche bauliche Anwendungsgebiete. Hier bringt nun die Erfindung Abhilfe.Most intermeiallic compounds are very brittle and have no ductility at room temperature. Despite many other exceptionally good properties that such compounds have - for example, they retain their strength at high temperature - their brittleness at room temperature makes them practically unusable for any structural application. The invention now provides a remedy here.
Die Erfindung besteht demgemäß in der Verwendung einer Legierung aus 30 bis 50'110 Ti, Rest Nickel, als Werkstoff für Gegenstände, die durch Warmverformung und gegebenenfalls Kaltverformung hergestellt sind und deren Gefüge innerhalb eines Temperaturbereichs von etwa 500 bis -75#C eine Ti-Ni-Phase in Verbindung mit einer Ti-Ni3-Phase, verteilt in einer Ti-Ni-Matrix, besitzt, mit paramagnetischer Eigenschaft, hoher Härte im genannten Temperaturbereich, Korrosionsbeständigkeit, hoher Kerbschlag-Z; ähigkeit, guter Dehnung, Duktilität und hoher mechanischer Dämpfung.The invention accordingly consists in the use of an alloy of 30 to 50'110 Ti, the remainder being nickel, as a material for objects which are produced by hot deformation and optionally cold deformation and whose structure has a Ti within a temperature range of about 500 to -75 ° C. Ni-phase in connection with a Ti-Ni3-phase, distributed in a Ti-Ni-matrix, possesses, with paramagnetic property, high hardness in the mentioned temperature range, corrosion resistance, high impact Z; ability, good elongation, ductility and high mechanical damping.
Weitere Vorteile und Merkmale sind in der nachstehenden Beschreibung der Erfindung erläutert: Bei der verwendeten Legierung liegen drei mögliche Phasen vor. Die chemische Umsetzung folgt der Reaktionsgleichung TiNi z-- Ti2Ni + TiNi3 Als Ausgangsstoffe der Legierung dienen beispielsweise granuliertes Nickel hohen Reinheitsgrades, wie es unter dem Handelsnamen »Mond-Nickel« auf den Markt kommt, und handelsmäßig reines Titan in Barrenform. Die Technologie der Legierung kann in drei Stufen unterteilt werden, nämlich a) Erschmelzen der Legierung, b) Bearbeitung der geschmolzenen und gegossenen Legierung, c) Wärmebehandlung des bearbeiteten Materials. a) Schmelzen der Legierung Die Legierung wird wegen ihres hohen Titangehaltes im Lichtbogenschmelzverfahren erschmolzeii, wobei entweder sich selbst verzehrende Elektroden oder Dauerelektroden und ein wassergekühlter Tiegelschmelzofen benutzt werden. Unter Umständen kann auch das Induktionssehmelzen bei Verwendung eines keramischen Tiegels (beispielsweise aus Zr02) herangezogen werden, wenn zunächst das Nickel erschmolzen und hierauf die richtige Menge Titan zugerügt wird. Nach dem Hinzufügen des Titans sollte die Legierung rasch abgegossen werden, um eine unerwünschte Wechselwirkung zwischen Titan und dem Tiegelmaterial zu verhindern. Eine in einem weniger feuerbeständigen Tiegel aus Mg0 versuchsweise ausgeführte Schmelzung war zufriedenstellend, insofern, als der Oxydgehalt der Schmelze auf die zulässige Höhe von ungefähr 0,18 Gewichtsprozent angehoben wurde. b) Bearbeitung der im Lichtbogen erschmolzenen Legierungen Alle Gußlegierungen zwischen etwa 52 und 56 Gewichtsprozent Nickel und entsprechend etwa 48 bis 44 Gewichtsprozent Titan können ohne jegliche vorangegangene Wärmebehandlung warm bearbeitet werden.Further advantages and features are explained in the following description of the invention: There are three possible phases in the alloy used. The chemical conversion follows the reaction equation TiNi z-- Ti2Ni + TiNi3 The starting materials for the alloy are, for example, granulated nickel of a high degree of purity, as it comes on the market under the trade name "Moon Nickel", and commercially pure titanium in ingot form. The technology of the alloy can be divided into three stages, namely a) melting of the alloy, b) machining of the molten and cast alloy, c) heat treatment of the machined material. a) Melting the alloy Because of its high titanium content, the alloy is melted in the arc melting process, using either self-consuming electrodes or permanent electrodes and a water-cooled crucible melting furnace. Under certain circumstances, induction melting can also be used when using a ceramic crucible (for example made of ZrO2) if the nickel is first melted and then the correct amount of titanium is added. After adding the titanium, the alloy should be poured quickly to prevent undesirable interaction between the titanium and the crucible material. A trial melting in a less refractory MgO crucible was satisfactory in that the oxide content of the melt was increased to the allowable level of about 0.18 percent by weight. b) Machining of the alloys melted in the arc All cast alloys between about 52 and 56 percent by weight nickel and correspondingly about 48 to 44 percent by weight titanium can be hot worked without any prior heat treatment.
Bei einem Versuch wurde eine stöchiometrische Ni-Ti-Verbindung von 55,1 Gewichtsprozent Nickel und 44,9 Gewichtsprozent Titan zwischen etwa 650 und 1100'C warm bearbeitet, wobei der bevorzugte Warmbearbeitungsbereich zwischen 700 und 900'-,C lag. Weitere Versuche zeigten, daß die Legierungen, die über 56 Gewichtsprozent Nickel, d. h. von 56 bis 64 Gewichtsprozent Nickel, enthalten, eine vorangegangene Wärmebehandlung erfordern, damit sie warm bearbeitbar sind. Diese Wärmebehandlung bestand im Erwärmen der Legierung auf etwa 1050'C bis zur Durchwärmung und im anschließenden langsamen Abkühlen auf Raumtemperatur. In Abweichung hiervon können die Legierungen auf etwa 1050 C erwärmt und auf dieser Temperatur bis zur Durchwärmung gehalten werden und dann langsam auf 850'C abgekühlt und auf dieser Temperatur gehalten werden, bis sie innen und außen einheitlich diese Temperatur angenommen haben. Sodann werden sie langsam auf Raumtemperatur abgekühlt. Das Prinzip in der vorerwähnten Wärmebehandlung vor der Verarbeitung besteht darin, den Nickelüberfluß aus der Lösung auszufällen und mit der Verbindungsphase TiNi zur Verbindungsphase TiNi3 zu vereinigen. Dies führt zu einem dehnungslähigen Grundmetall, in welchem spröde Ti-Ni3-Komponenten eingesprengt sind, die zu harmlosen Partikelchen koalesziert wurden. Die vorbeschriebene, zweiphasige Ti-Ni- + Uberschuß Ti-N'3-Legierung konnte bei je- der Temperatur zwischen 700 und 900 C gewalzt werden.In one trial, a stoichiometric Ni-Ti compound of 55.1 weight percent nickel and 44.9 weight percent titanium was hot worked between about 650 and 1100.degree. C., with the preferred hot working range between 700 and 900.degree. Further tests showed that the alloys containing over 56 percent by weight nickel, i.e. H. from 56 to 64 percent by weight nickel, require prior heat treatment in order to be hot workable. This heat treatment consisted of heating the alloy to about 1050 ° C. until it was thoroughly heated and then slowly cooling it to room temperature. In deviation from this, the alloys can be heated to about 1050 ° C. and kept at this temperature until they are completely heated and then slowly cooled to 850 ° C. and kept at this temperature until they have uniformly assumed this temperature inside and outside. They are then slowly cooled to room temperature. The principle in the aforementioned heat treatment prior to processing is to precipitate the excess nickel from the solution and combine it with the compound phase TiNi to form the compound phase TiNi3. This leads to an extensible base metal in which brittle Ti-Ni3 components have been broken into, which have coalesced to form harmless particles. The two-phase Ti-Ni + excess Ti-N'3 alloy described above could be rolled at any temperature between 700 and 900.degree.
Es hat sich noch gezeigt, daß das Warm-Strangpressen ein wirksames Mittel zum Uberführen der stengligen Kristallorientierung in die gleichachsige Orientierung darstellt und damit zur Warmbearbeitbarkeit der höher nickelhaltigen Verbindungen (58 bis 62 Gewichtsprozent Ni) durch übliche Arbeitsverfahren, wie Walzen, Stauchen, Schmieden usw., führt. Solches Warmpressen beseitigt jeglichen Unterschied, der ansonsten beim Warmbearbeiten dieser höher nickelhaltigen Verbindungen vorhanden ist.It has also been shown that hot extrusion is an effective means of converting the stem-like crystal orientation into the equiaxed orientation and thus for hot workability of the compounds with a higher nickel content (58 to 62 percent by weight Ni) by conventional working processes such as rolling, upsetting, forging, etc. ., leads. Such hot pressing eliminates any difference that would otherwise exist in hot working these higher nickel compounds.
c) Wärmebehandlung des bearbeiteten Materials Die Härte von Legierungen, die zwischen 52 bis 56 Gewichtsprozent Nickel und im übrigen Titan enthalten und vorherrschend einphasig TiNi waren, konnte durch irgendwelche Wärmebehandlung nur wenig unabhängig von der Kühlung beeinflußt werden.c) Heat treatment of the machined material The hardness of alloys, which contain between 52 to 56 percent by weight nickel and the rest of titanium and were predominantly single-phase TiNi, could only be influenced slightly by any heat treatment, independently of the cooling.
Im Gegensatz hierzu konnten die Härteeigenschaften bei Legierungen,
die zwischen 56 bis 64 Gewichtsprozent Nickel und im übrigen Titan enthalten.
durch Wärmebehandlung und insbesondere durch die Ab-
kühlung beeinflußt werden.
Wenn derartige Legierungen auf über 900'C erwärmt und in Wasser auf Raumtemperatur
abgeschreckt werden, dann nehmen sie eine hohe Härte an. So erreichte beispielsweise
eine Legierung von 60 Gewichtsprozent Nickel und 40 Gewichtsprozent Titan
beim Abschrecken von einer Temperatur, die zwischen 900 und 1 100-'C
lag, eine Härte, die zwischen 58 und 62 Rc variierte, wie aus Tabelle
I hervorgeht.
Die Tabellenwerte zeigen deutlich, daß die nicht stöchiometrischen
Ti-Ni-Legierungen. also solche, die Ni im Uberschuß enthalten, durch Abschrecken
härtbar sind. Auch ist ersichtlich, daß eine Legierung von 56 Gewichtsprozent
Nickel und im übrigen Titan den Ubergang zwischen den härtbaren und nicht härtbaren
Legierungen bildet und daß ein großer Uberschuß der die Härte bewirkenden Bestandteile
von Nickel in Form von TiNi3 (oberhalb etwa 64 Gewichtsprozent Ni) dazu dient, dieAbschreckhärte
zu verringern. Infolgedessen liegt der bevorzugte BereichzurErzielungdergrößten
Härtbarkeit zwischen 58 und 62 Gewichtsprozent Nickel.
Bei Legierungen. die zwischen 50 und 70 Gewichtsprozent Nickel und im übrigen Titan enthalten. wurde beobachtet, daß diese Legierungen ihre Härteeigenschaften unabhängig von der Temperatur beibehalten. beispielsweise über einen Temperaturbereich von der Raumtemperatur bis zu 463 C und herab bis -75 C. Legierungen. die der stöchiometrischen Ti-Ni-Verbindung ohne TiN'3 und Ti,Ni nahekomi'nen (54.5 bis 55.1 Gewichtsprozent N#), haben sogar die Tendenz zu einer »Sekundärhärtung« erkennen lassen. Dies ergibt sich aus Tabelle VIII.With alloys. which contain between 50 and 70 percent by weight nickel and the remainder titanium. it has been observed that these alloys retain their hardness properties regardless of temperature. for example over a temperature range from room temperature to 463 C and down to -75 C. Alloys. those close to the stoichiometric Ti-Ni compound without TiN'3 and Ti, Ni (54.5 to 55.1 percent by weight N #) even showed a tendency towards "secondary hardening". This can be seen from Table VIII.
Die Dehnungseigenschaften wurden bei beiden Legierungen mit 54.5 und 55.1 Gewichtsprozent Nickel und im übrigen Titan gemessen. In jedem Fall wurde eine Standardprobe mit einem Durchmesser von 6.45 mm und einer Höhe von 25,4 mm verwendet. Die Proben wurden in Längsrichtung geläppt. um Querkerben zu verhindern. Um die Oxydation der Probenoberflächen auszuschließen und das Eindringen der Elemente Sauerstoff, Stickstoff und Wasserstoff zu verringern, wurde eine Vakuum- bzw. kontrollierte Atmosphärenwärmebehandlung durchgeführt. Die Vakuumwärmebehandlung erfolgte dabei in einer evakuierten Quarzröhre. Die Zugfestigkeitsergebnisse, und der Ti-Ni- + Ti-Ni,-Phase (etwa 900"C) und langsame Abkühlung erreicht, wobei die endgültige Anlaßhärte durch die Erwärmungstemperatur, die Einwirkzeit dieser Temperatur und die Abkühlgeschwindigkeit bestimmt ist. Um Oberflächenoxydation (beim Erwärmen über 600 Q zu verhindern, werden die Anlaßbehandlungen in Helium- oder Argonatmosphäre durchgeführt. In vielen Fällen wird allerdings die Wärmebehandlung in Luft genügen.The elongation properties were measured for both alloys with 54.5 and 55.1 percent by weight nickel and the rest with titanium. In each case a standard sample with a diameter of 6.45 mm and a height of 25.4 mm was used. The samples were lapped lengthways. to prevent transverse notches. In order to exclude the oxidation of the sample surfaces and to reduce the penetration of the elements oxygen, nitrogen and hydrogen, a vacuum or controlled atmosphere heat treatment was carried out. The vacuum heat treatment was carried out in an evacuated quartz tube. The tensile strength results, and the Ti-Ni + Ti-Ni, phase (about 900 "C) and slow cooling achieved, the final tempering hardness being determined by the heating temperature, the exposure time to this temperature and the cooling rate The tempering treatments are carried out in a helium or argon atmosphere to prevent temperatures exceeding 600 Q. In many cases, however, the heat treatment in air will suffice.
Weitere Härtewerte für TiNi, Ti,Ni und TiNi3 sind in der Tabelle Ill zusammengestellt. die erhalten wurden, sind in der Tabelle IV zusammengestellt.Further hardness values for TiNi, Ti, Ni and TiNi3 are given in table Ill compiled. which were obtained are summarized in Table IV.
Aus den vorerwähnten Ergebnissen wird ersichtlich, daß die Dehnung bis 15,5",1" betragen kann, wobei der Durchschnitt bei 7 bis IO','n liegt. Für eine intermetallische Verbindung stellt diese Dehnung bei Raumtemperatur einen ungewöhnlichen und unerwartet hohen Wert dar. Es ist ferner zu erkennen, daß die 0,2-Streckgrenze beträchtlich mit der Zusammensetzung und der Wärmebehandlung variiert, während die Zugfestigkeit beim Zerreißen und der Elastizitätsmodul weitgehend konstant bleiben, und zwar unabhängig von der Zusammensetzung und der Wärmebehandlung.From the above results it can be seen that the elongation can be up to 15.5 ", 1" with an average of 7 to 10 ',' n. For an intermetallic compound, this elongation at room temperature is an unusually and unexpectedly high value. It can also be seen that the 0.2 yield strength varies considerably with composition and heat treatment, while the tensile strength at rupture and the modulus of elasticity remain largely constant regardless of the composition and the heat treatment.
Zur Bestimmung der Kerbschlagzähigkeit nach C h a r p y wurden sorgfältig bearbeitete, quadratische Proben benutzt. Die Probenflächen waren in Längsrichtung handgeläppt, um Querschrammen weitgehend auszuschalten. Die Versuche wurden in einer Standard-Riehle-Maschine durchgeführt. Die Ergebnisse sind in Tabelle V zusammengestellt.To determine the impact strength of C har py square samples were carefully edited, used. The sample surfaces were hand-lapped in the longitudinal direction in order to largely eliminate cross scratches. The tests were carried out in a standard Riehle machine. The results are shown in Table V.
Auch hier wurden wie bei den Dehnungsversuchen ungewöhnliche Kerbschlagzähigkeitswerte im Vergleich zu den meisten intermetallischen Verbindungen erzielt. Für beide Ti-Ni-Legierungen betrug der Mindestwert 3,18 mkg, selbst bei untermaßhaltigen Proben. Besonders herausgestellt sei das Anwachsen der Kerbschlagzähigkeit bei Temperaturen unterhalb des Gefrierpunktes.Here, too, as in the elongation tests, unusual notched impact strength values were achieved compared to most intermetallic compounds. For both Ti-Ni alloys the minimum value was 3.18 mkg, even with undersized samples. The increase in the notched impact strength at temperatures below freezing point is particularly emphasized.
Proben mit einer Legierung mit 55,1 Gewichtsprozent Ni und
im übrigen Titan wurden einer Reihe der üblichen Korrosionsversuche unterworfen
und dem Oxydationsangriff ausgesetzt. Die Ergebnisse dieser Versuche sind in Tabelle
VI und VII festgehalten.
Aus Tabelle VII läßt sich ersehen, daß bei 600'C die Anfangsoxydation sehr gering war und der Oxydaufbau nach den ersten beiden Stunden vernachlässigbar war. Bei 800'C schritt die Oxydation nach den ersten beiden Stunden allmählich fort, und bei 1000'C war die Anfangsoxydation sehr schnell und schritt allmählich weiter. Das Ablösen der Oxydfläche war bei 800 und 1000'C leicht bis schwer.From Table VII it can be seen that at 600 ° C. the initial oxidation was very low and the build-up of oxide after the first two hours was negligible. At 800'C the oxidation progressed gradually after the first two hours, and at 1000'C the initial oxidation was very rapid and progressed gradually. The detachment of the oxide surface was easy to difficult at 800 and 1000 ° C.
Für die Verarbeitung von Baustoffen ist die Verbindungsmöglichkeit von außerordentlich großer Bedeutung. Um Aufschluß über die Schweißbarkeit von Ni-Ti-Werkstoff zu erhalten, wurden zwei abgeschrägte, 3,2 mm dicke, warmgewalzte Platten aus TiNi unter Helium im Lichtbogen stumpf zusammengeschweißt. Es waren nur geringe Schwierigkeiten zu überwinden, um die Verbindung zu erreichen, und die Schweißschnittstelle erschien frei von Rissen und Porosität. Auf Grund dieser Feststellung ist die Schweißstelle als sehr fest und zäh anzusehen. Hinzu kommt, daß die Untersuchung der magnetischen Eigenschaften des Schweißteiles zeigt, daß dieses ebenso paramagnetisch ist wie das Grundmaterial.The ability to connect is extremely important for the processing of building materials. In order to obtain information about the weldability of Ni-Ti material, two beveled, 3.2 mm thick, hot-rolled plates made of TiNi were butt-welded together in an arc using helium. There were few difficulties to overcome to achieve the joint and the weld interface appeared free of cracks and porosity. On the basis of this finding, the weld is to be regarded as very strong and tough. In addition, the investigation of the magnetic properties of the welded part shows that it is just as paramagnetic as the base material.
Unter den verschiedenen außergewöhnlichen Eigenschaften der Ni-Ti-Legierungen ist das paramagnetische Verhalten von größter Bedeutung. Als paramagnetisches Material wird ein Werkstoff angesehen, dessen spezifische Permeabilität größer als 1 ist und praktisch unabhängig von der magnetisierenden Kraft ist. Die Nickel-Titan-Legierungen in der Zusammensetzung mit Ti,Ni, TiNi und TiN'3 sind hoch paramagnetisch trotz des hohen Anteils des in diesen Legierungen vorhandenen Nickels. Legierungen mit 54 bis 60 Gewichtsprozent Ni und im übrigen Ti wurden nach verschiedenen thermischen Behandlungen innerhalb weit wechselnder Temperaturen magnetisch ausgewertet. Die magnetischen Untersuchungen bezogen sich sowohl auf die Messungen der magnetischen Suszeptibilität als auch der Permeabilität. Bei diesen Versuchen wurde festgestellt, daß sich die Permeabilität sehr dem Wert 1 nähert, und zwar unabhängig von der Temperatur, der mechanischen Restspannung oder der vorangegangenen Wärmebehandlung. Damit jegliche Oxydbeschichtungen in den Fällen, wo die Ti-Ni-Legierungen für unmagnetische Anwendungsfälle benutzt werden sollen, unterbleiben, muß hohe Sorgfalt aufgewendet werden. Dies findet seine Ursache in der Vereinigung von etwas Ni der Legierung mit 02, so daß eine ferromagnetische Oxydschicht entsteht, und in der Vereinigung von Ti + Q, um TiO2 zu bilden, wodurch eine dünne, hochnickeihaltige Oberflächenschicht entsteht, die ferromagnetisch ist.Among the various exceptional properties of Ni-Ti alloys, paramagnetic behavior is of paramount importance. A paramagnetic material is considered to be a material whose specific permeability is greater than 1 and is practically independent of the magnetizing force. The nickel-titanium alloys in the composition with Ti, Ni, TiNi and TiN'3 are highly paramagnetic despite the high proportion of nickel present in these alloys. Alloys with 54 to 60 percent by weight Ni and the rest of Ti were evaluated magnetically after various thermal treatments at widely varying temperatures. The magnetic investigations related to the measurements of the magnetic susceptibility as well as the permeability. In these tests it was found that the permeability very much approaches the value 1 , regardless of the temperature, the residual mechanical stress or the previous heat treatment. Great care must be taken to avoid any oxide coatings in cases where the Ti-Ni alloys are to be used for non-magnetic applications. This is due to the combination of some Ni of the alloy with 02 to form a ferromagnetic oxide layer and the combination of Ti + Q to form TiO2, creating a thin, high nickel surface layer that is ferromagnetic.
Von besonderer Wichtigkeit ist bei diesen Ni-Ti-Legierungen auch noch der ungewöhnliche mechanische Dämpfungseffekt. Die stöchiometrische Legierung zeigt sowohl im unmittelbaren Lichtbogen-Gußzustand als auch nach der Wärmebearbeitung einen einmaligen und drastischen Wechsel der Schwingungsdämpfung bereits bei geringen Änderungen der Temperatur und der Zusammensetzung. Quantitative und qualitative Untersuchungen haben' ergeben, daß die Dämpfung einer Legierung mit 54,5 Gewichtsprozent Ni und im übrigen Ti bei geringem Fe-Gehalt (etwa 0,1 Gewichtsprozent) von einem hochdämpfend wirksamen Werkstoff bei Raumtemperatur (25'C) zu einem Werkstoff mit sehr geringen Dämpfungseigenschaften bei 54'C und darüber wird. Innere Reibungsversuche, die an einem Runddraht von 0,9 mm Durchmesser durchgeführt wurden, zeigten, daß der Logarithmus der Amplitude von 2,3 auf 1,1 in 35 Perioden bei Raumtemperatur (25'C) abfiel, während der Logarithmus der Amplitude des gleichen Drahtes beim Erwärmen auf 93'C nur von 2,3 auf 2,1 in 35 Perioden abfiel. Dies zeigt deutlich den Wechsel der Dämpfungseigenschaften bei bearbeitetem Draht aus einer Legierung von 54,5 Gewichtsprozent Ni, etwa 0,1 Gewichtsprozent Fe und im übrigen Ti. Im Dämpfungsverhalten sind dagegen noch auffälligere Unterschiede bei einer derartigen Legierung beobachtet worden, wenn sie sich im Lichtbogen-Gußzustand befindet. Dieser Wechsel der Dämpfungseigenschaften scheint mit dem Phasengleichgewicht des Legierungssystems verbunden zu sein. Wenn die Temperatur erhöht wird, nimmt die Ti-Ni-Phase in der Quantität auf Kosten der Verminderung der außerhalb der Phase stehenden Bestandteile (Ti2Ni und TiNi3) zu. Sobald sich dies ereignet, wird die Dämpfungsfähigkeit wesentlich verringert. Dies ist von dem Vorhandensein oder Nichtvorhandensein der Ti,-Ni-Phase zusammen mit der Ti-Ni-Phase abhängig.The unusual mechanical damping effect is also of particular importance with these Ni-Ti alloys. The stoichiometric alloy shows a one-time and drastic change in vibration damping even with small changes in temperature and composition, both in the direct arc-cast state and after heat processing. Quantitative and qualitative studies have shown that the damping of an alloy with 54.5 percent by weight Ni and otherwise Ti with a low Fe content (about 0.1 percent by weight) from a highly damping material at room temperature (25'C) to a material with very low damping properties at 54'C and above. Internal friction tests, which were carried out on a round wire 0.9 mm in diameter, showed that the logarithm of the amplitude fell from 2.3 to 1.1 in 35 periods at room temperature (25'C), while the logarithm of the amplitude of the same Wire only dropped from 2.3 to 2.1 in 35 periods when heated to 93'C. This clearly shows the change in the damping properties of machined wire made of an alloy of 54.5 percent by weight Ni, about 0.1 percent by weight Fe and the rest of Ti. In the damping behavior, however, even more noticeable differences have been observed with such an alloy when they are in the arc - is in the as-cast state. This change in damping properties appears to be related to the phase equilibrium of the alloy system. As the temperature is increased, the Ti-Ni phase increases in quantity at the expense of reducing the out-of-phase components (Ti2Ni and TiNi3). As soon as this occurs, the damping capacity is significantly reduced. This depends on the presence or absence of the Ti, -Ni phase together with the Ti-Ni phase.
Die Phasengleichgewichtstheorie wird noch durch die Tatsache bestätigt,
daß die Legierungen, die im Uberschuß Ni oder Ti über die stöchiometrische Zusammensetzung
aufweisen, deutlich unterschiedliche DämpfÜngseigenschaften bei Raumtemperatur aufweisen.
So zeigen beispielsweise die Ti-reichen Legierungen (weniger als 54,5 Gewichtsprozent
Ni)
bei Raumtemperatur hohe Dämpfungseigenschaften, während Ni-reiche
Legierungen (mit mehr als 54,5 Gewichtsprozent Ni) bei Raumtemperatur geringe Dämpfungseigenschaften
besitzen. Somit zeigt sich, daß die Ti2-Ni-Phase, gekuppelt mit TiNi, die hohe Dämpfungsfähigkeit
entwickelt. Jegliche Verringerung der Ti.-Ni-Phase, beispielsweise das Erhöhen des
Ni-Gehaltes, das Erhöhen der Temperatur, Verunreini-
Zusammenfassend läßt sich sehen, daß Ni-Ti-Legierungen, die zwischen
50 und 70 Gewichtsprozent Ni und im übrigen Ti enthalten, entwickelt
worden sind, welche eine ungewöhnliche Kombination von Eigenschaften aufweisen,
wie große Härte über einen weiten Temperaturbereich und insbesondere bei Temperaturen,
die unterhalb des Gefrierpunktes liegen. Die Legierungen besitzen ferner ungewöhnlich
gute Dehnung und Kerbschlagzähigkeit bei den gleichen Temperaturen. Die Legierungen,
die in einem Bereich von 50 bis 70 Gewichtsprozent Ni liegen, können
in solche Legierungen unterteilt werden, die zwischen 52 und 56 Gewichtsprozent
Ni und im übrigen Ti aufweisen, und in solche, die zwischen 56 und 64 Gewichtsprozent
Ni und im übrigen Ti aufweisen. Die zuerst erwähnten Legierungen stellen weitgehend
einphasige Ti-Ni-Verbindungen dar, wobei sie sowohl leicht warm als auch bei Raumtemperatur
bearbeitbar sind und eine ungewöhnliche Dehnung bei Raumtemperatur zeigen. Die zuletzt
erwähnten Legierungen zeichnen sich dadurch aus, daß sie mehrphasige Werkstoffe
darstellen (insbesondere TiNi + TiNi3), die bis zu einer hohen Härte härtbar
sind. Die Kombination der Härtbarkeit dieser Legierungen mit dem charakteristischen
paramagnetischen Verhalten (die magnetische Permeabilität liegt unter 1,02) ist
von hoher Bedeutung und führt zu ihrer Verwendung bei hochwertigen, nichtmagnetischen
Werkzeugen und Baumaterialien, die unmagnetisch bleiben, dem Korsionsangriff widerstehen
und der Abnutzung standhalten.
Claims (2)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US1268851XA | 1961-12-01 | 1961-12-01 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE1268851B true DE1268851B (en) | 1968-05-22 |
Family
ID=22427182
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DEP1268A Withdrawn DE1268851B (en) | 1961-12-01 | 1962-11-29 | Use of a nickel-titanium alloy |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE1268851B (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2644041A1 (en) * | 1976-08-26 | 1978-03-02 | Bbc Brown Boveri & Cie | MEMORY ALLOY |
-
1962
- 1962-11-29 DE DEP1268A patent/DE1268851B/en not_active Withdrawn
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| None * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2644041A1 (en) * | 1976-08-26 | 1978-03-02 | Bbc Brown Boveri & Cie | MEMORY ALLOY |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
| EHJ | Ceased/non-payment of the annual fee |