DE1458510A1

DE1458510A1 - Use of an iron-nickel-based alloy with a small, adjustable temperature coefficient of transverse contraction for vibration and spring elements

Info

Publication number: DE1458510A1
Application number: DE19631458510
Authority: DE
Inventors: Lothar Jung
Original assignee: Vacuumschmelze GmbH and Co KG
Current assignee: Vacuumschmelze GmbH and Co KG
Priority date: 1963-11-19
Filing date: 1963-11-19
Publication date: 1969-01-30

Description

tiVerwendung einer Legierung auf Eisen-Nickelbasis mit kleinem, einstellbarem Temperaturkoeffizienten der. Querkontraktion für Schwing- und Federelemente" Bei der Ver«endung von Legierungen als Schwingelemente in elektromechanischen Filtern wird vor allem eine hohe Schwinggüte und eine gute Temperaturkonstanz der Eigenfrequenz"dieeer-Legierungen angestrebt., Es sind bereits elektromechanische Filter bekannt geworden, bei denen die Anregung longitudinaler Schwingungen über eine Querkontraktion erfolgt bzw. bei denen die Querkontraktion von ,qesonatoren auf Kopplungs.-stäbe übertragen wird. Es ist ersichtlich, daß bei Solchen rilteranordnungen die Temperaturkonstanz der Querkontraktion für die Eigenschaften des Filters von Bedeutung ist.tiUse of an iron-nickel base alloy with a small, adjustable Temperature coefficient of the. Lateral contraction for oscillating and spring elements "At the end of alloys as vibrating elements in electromechanical filters above all a high vibration quality and a good temperature constancy of the natural frequency "dieeer alloys aspired., Electromechanical filters are already known in which the excitation of longitudinal vibrations occurs via a transverse contraction or in which the transverse contraction of resonators is transferred to coupling rods. It can be seen that in such rilteranierungen the temperature constancy of Transverse contraction is important for the properties of the filter.

Der Temperatureinfluß auf die Querkontraktion ergibt sich@aus der berannten Gleichung: ' TK u - 2 (1 + _1u) o (TILfi -- TK ft) Hierin bedeuten: /u,#= Querköntraktion (Boissonzahl), TK u Temperaturkoeffizient der Querkontraktion, Ufl = Temperaturkoeffizient der Eigenfrequenz für die longitudinale Schwingung, TKft = Temperaturkoeffizient der Eigenfrequenz für die torsionale Schwingung. - Aus dieser Gleichung ergibt sich, daß eine ,geringe Temperaturabhängigkeit der Querkontraktion dann vorliegt, wenn der zweite Klammerausdruck sehr klein oder gleich Null angesetzt werden kann. Die erfindungsgemäße Aufgabe besteht nun darin, Schwingmaterialien zu benennen, die neben der geforderten geringen Temperaturabhängigkeit der Längsschwingung noch zusätzlich eine geringe Temperaturabhängigkeit der Querkontraktion aufweisen. Es hat sich überraschenderweise gezeigt, daß in gewissen Legierungen auf Eisen-Nickelbasie mit geringen Zusätzen anderer metallischer Komponenten, dieEe doppelte Forderung bei geeigneter Behandlung dieser Legierungen verwirklicht werden kann. Erfindungsgemäß werden diese Legierungen vor dem letzten, zur Erlangung des Endmaßes nötigen Verformungeechritte:i auf eine bestimmte, von der jeweils gewünschten Größe des Temperaturkoeffizienten der Querkontraktion abhängige Temperatur gebracht und das so temperierte Material in die Walz- oder Ziehvorrichtung gegeben. Der Erfolg der erfindungsgemäßen Maßnahmen sei an folgenden Beispielen verdeutlicht: Beispiel: Eine Legierung (in Gewichtsprozenten) mit 40 Ni, 49,5 ' Fe, 9 % Mo, 0,5 j Be, 0,8 ö Mn und 0,2 % Si wurde im Vakuum erschmolzen. Der Gußblock wurde dann in herkömmlicher Weise zu Draht mit 7 mm Durchmesser verformt. Der Draht wurde anschließend bei 1000°C in einer Wasserstoffatmosphäre für 30 Minuten geglüht; von dieser Homogenisierungetemperatur wurde der Draht in Wasser abgeschreckt. Dann wurde er in zwei ZU-gen mit annähernd gleichem Verformungegrad auf 5 mm Durchmesser heruntergezogen, wobei der Draht vor dem letzten Zug auf + 55°0 erwärmt wurde. Anschließend wurde der Draht bei 500°C für 30 Idinuten in Wasserstoff ausgelagert. Die Abkühlung von 500 °C auf Raumtemperatur-erfolgte an Luft. Aus der so behandelten Legierung wurde eine Probe mit'*-. . 70 mm Länge und 5 mm Durchmesser entno:=en und an ihr die Temperaturabhängigkeit der Eigenfrequenz bestimmt.The temperature influence on the transverse contraction results @ from the aforementioned equation: 'TK u - 2 (1 + _1u) o (TILfi - TK ft) where: / u, # = transverse contraction (Boisson's number), TK u temperature coefficient of the transverse contraction, Ufl = temperature coefficient of the natural frequency for the longitudinal oscillation, TKft = temperature coefficient of the natural frequency for the torsional oscillation. From this equation it follows that the transverse contraction has a slight temperature dependency when the second expression in brackets can be set to be very small or equal to zero. The object according to the invention is to name vibration materials which, in addition to the required low temperature dependence of the longitudinal vibration, also have a low temperature dependence of the transverse contraction. It has surprisingly been found that in certain iron-nickel-based alloys with small additions of other metallic components, the double requirement can be met if these alloys are treated appropriately. According to the invention, before the last deformation steps required to achieve the final dimension, these alloys are: i brought to a certain temperature depending on the desired size of the temperature coefficient of the transverse contraction and the material thus tempered is placed in the rolling or drawing device. The success of the measures according to the invention is illustrated by the following examples: Example: An alloy (in percent by weight) with 40 Ni, 49.5% Fe, 9% Mo, 0.5% Be, 0.8% Mn and 0.2% Si was melted in a vacuum. The ingot was then formed into wire 7 mm in diameter in a conventional manner. The wire was then annealed at 1000 ° C. in a hydrogen atmosphere for 30 minutes; from this homogenization temperature the wire was quenched in water. Then it was pulled down to a diameter of 5 mm in two pulls with approximately the same degree of deformation, the wire being heated to + 55 ° 0 before the last pull. The wire was then stored in hydrogen at 500 ° C. for 30 minutes. The cooling from 500 ° C. to room temperature took place in air. The alloy treated in this way became a sample with '* -. . 70 mm length and 5 mm diameter entno: = en and on it the temperature dependence of the natural frequency is determined.

. Diese Werte sind in Tabelle _f:, Spalte 1, aufgeführt a Zum Vergleich sind die Werte für einen in herkömmlicher Weise gezogenen Draht, d@ h. für einen Draht, der mit Raumtemperatur vor dem letzten Verformungsschritt in die Z,iebanlage eingebracht wurde, in Spalte 2 der Tabelle 1 eingetragen Alle Werte der Tabelle gelten für einen Temperaturbereich von - 20°C bis + 80°0.. j Tabelle :1 Art des _Sna1_te _4 _S_na_lte 2 TK Draht mit + 55°C in Draht mit Raum- die Ziehanlage ge- temperatur in die bracht Ziehanlage ge- bracht -------------------------------------------------------- TKfl + 7 010"-6/°0 - 695.10- 6,/°0 ---------------------------------------------------------- TK ft + 7 0 10-6/°C - 8,5A0 ./°C TK u Null + 17,3.10-6,g°0 ------------------------------------------------------- 2o Beiepiel: -Es wurde die gleiche Legierung und die gleiche Behandlung wie in Beispiel 1 benutzt, nur mit dem einen Unterschied, daß die Temperatur des Drahtes vor dem letzten Verformungsschritt variiert wurde. Hierzu wurde der Draht jeweils mit einer Temperatur zwischen - 200°C und + 200°C in die Ziehvorrichtung gebracht. Abbo 1 zeigt den Verlauf,-des Temperaturkoeffizienten der Querkontraktion in Abhängigkeit von der Ziehtemperatur. Aus der Abbildung ist ersichtlich, daß der 'h `-'unterhalb von + 55°C u positiv ist bei + 55°C durch u1:@`'eht@ um dann bis +200.0C negativ zu bleiben.. Diese in der Abbildung aufgezeigten, durch geeignete Wahl der Ziehtemperatur eingestellten TK -Werte blieben inneru halb eines Meßbereiches von -20o..C@@bis + 80C praktisch unverändert. ' 3. Beispiel: Die gleiche Legierung wie in Beispiel i wurde in herkömmlicher Weise bis auf etwa 7 mm Banddicke heruntergewalzt; dann erfolgte ein Kaltwalzen bis auf 3,5 mm Dicke mit anschließendem Homogenisieren bei 1100°C für 30 Minuten in einer Wasserstoffatmosphäre" Das Band wurde dann an Wasser abgeschreckt; anschließend wurde das Band in zwei Stichen mit annähernd gleichem Verformungegrad auf eine Banddicke von 1,8 mm gebracht, wobei das Band für den letzten Stich mit einer Temperatur von +-100.C in die Walzanlage eingebracht wurde.> y Das Band wurde dann bei-5000C für 30 Minuten in Wasserstoff ausgelagert. Die Abkühlung von 500°C auf Raumtemperatur erfolgte an Luft. ' Aus dem eo behandelten hegierungeband wurde eine Probe mit 1,8X5x70 mm entnommen und an ihr die Temperaturabhängigkeit der Eigenfrequenz bestimmt. Die dabei erhaltenen Werte sind in der Spalte 1 der nachstehenden Tabelle I1 eingetragen. Tabelle II Art des Stialte 1 SDalte 2 TK B nd mi=t + 1000C ränU"mit Raumtem- in die Walzanlage peratur in die. eingebracht Walzanlage singe- bracht - Tfi fl + 1957.10-6#,/0 C ..-_-_+-3 96.10`"6#oCw-__ ------------------- ----_----.`---- #---_r--------- M_- -... TK ft + 1.,50.10-6 ;/.C + 1 , 8 ,5 . 10"6/.C ------------------- -_-- _ --.-----------------_---r---.r- TKru t. /r , .l@° - `% C' `" 1@ 010- @@0C - 5 .@ Spalte :2. enthält zum Vergleich die Werte für das gleiche Zegierüngsband, bei dem jedoch für die letzte Verformung ' das Band. nicht mit + 100C, sondern mit Raumtemperatur in die Walzanlage eingebracht wurde. Alle in der Tabelle aufgeführten Werte gelten für einen Temperaturbereich von OOC bis 500C.. These values are listed in Table _f:, Column 1. For comparison, the values are for a wire drawn in a conventional manner, ie. for a wire that was introduced into the drawing system at room temperature before the last deformation step, entered in column 2 of table 1. All values in the table apply to a temperature range from - 20 ° C to + 80 ° 0 .. j Table 1 Type of _Sna1_te _4 _S_na_lte 2 TK wire with + 55 ° C in wire with room the drawing system is heated to the brought drawing line brings -------------------------------------------------- ------ TKfl + 7 010 "-6 / ° 0 - 695.10- 6, / ° 0 -------------------------------------------------- -------- TK ft + 7 0 10-6 / ° C - 8.5A0 ./°C TK u zero + 17.3.10-6, g ° 0 -------------------------------------------------- ----- Example: The same alloy and the same treatment as in Example 1 were used, with the only difference that the temperature of the wire was varied before the last deformation step. For this purpose, the wire was brought into the pulling device at a temperature between - 200 ° C and + 200 ° C. Abbo 1 shows the course of the temperature coefficient of the transverse contraction as a function of the drawing temperature. From the figure it can be seen that the 'h' - 'below + 55 ° C u is positive at + 55 ° C through u1: @ ``' eht @ and then remains negative up to + 200.0C. This in the figure The TK values shown, which were set by a suitable choice of the drawing temperature, remained practically unchanged within a measuring range of -20o..C @@ to + 80C. 3rd Example: The same alloy as in Example i was rolled down in a conventional manner to a strip thickness of about 7 mm; this was followed by cold rolling to a thickness of 3.5 mm with subsequent homogenization at 1100 ° C for 30 minutes in a hydrogen atmosphere. "The strip was then quenched in water; 8 mm, whereby the strip for the last pass was brought into the rolling mill at a temperature of + -100.degree. C.> y The strip was then stored in hydrogen for 30 minutes at -5000.degree. C. The cooling from 500.degree. C. to room temperature took place in air. A sample measuring 1.8 × 5 × 70 mm was taken from the treated hegierunging tape and the temperature dependency of the natural frequency was determined on it. The values obtained are entered in column 1 of Table I1 below. Table II Type of Stialte 1 SDold 2 TK B nd mi = t + 1000C ränU "with room temperature in the rolling mill temperature in the. introduced rolling plant sing- brings - Tfi fl + 1957.10-6 #, / 0 C ..-_-_ + - 3 96 .10` "6 # oCw -__ ------------------- ----_----. `---- # ---_ r --------- M_- -... TK ft + 1., 50.10-6 ; /. C + 1, 8, 5. 10 "6 / .C ------------------- -_-- _ --. ----------------- _--- r- -. r- TKru t. / r, .l @ ° - `% C ' ` "1 @ 0 10- @@ 0C - 5. @ Column: 2. contains the values for the same decorative band for comparison, but with the band for the last deformation. was not introduced into the rolling mill at + 100C, but at room temperature. All values listed in the table apply to a temperature range from OOC to 500C.

Aua der Tabelle II ist zu entnehmen, daß ohne Benutzung des erfindungsgemäßen Verfahrens, d. h., wenn das Walzen nur wie üblich bei Raumtemperatur erfolgt, bei vergleichbaren Zahlenangaben zwischen den TK fl-und TKft-Werten,gdie TK @u - Werte sich um etwa eine Zehnerpotenz-unterscheiden.Also from Table II it can be seen that without using the inventive Procedure, d. i.e., if the rolling is carried out only as usual at room temperature, at comparable figures between the TK fl and TKft values, the TK @u values differ by about a power of ten.

Die in den Beispielen 1 - 3 aufgezeigten Verfahrensweisen können@gegebenenfalls auch abgeändert werden So kann das Homogenisieren allgemein in reduzierender oder neutraler Atmosphäre erfolgen. Ferner kann das Abschrecken von der Homogenisierungstemperatur auch an Luft vorgenommen werden; weiterhin ist es auch möglich, die Auslagerung bei 500 -- 60000 in neutraler Atmosphäre bzwo an Luft vorzunehmen. Die pbengenannte Gleichung für den TK P zeigt, wie schon erwähnt, daß ein ums. kleinerer TK u # Wert erhalten wirdg je mehr sich der zweite Klammerausdruck dem Wert Null nähert Zur Übertragung dieser rein mathematischen Aufgabenstellung in eine technische Aufgabenstellung sei zunächst darauf hingewiesen, daß die mathematische Gleichung über den Temperaturbereich, in dem der TK "' Wert.Null auftreten kann, nichts aussagt: Da: jedoch die/eingangs bezeichneten Filteranordnungen vorwiegend bei Raumtemperaturen betrieben werden, ist es. erwünscht, daß der TK u-Wert Null vorzugeweise in einem Bereich von etwa 00C bis + 500C, in den betreffenden, :ale Schwingelemente ausgebildeten Iiegierungen, eingestellt werden kann.. @. Die technische Aufgabenstellung °ei,daher schematisch an Abbo 2 verdeutlicht, in der der Verlauf der relativen Eigenfrequenz über der Temperatur aufgetragen ist. Dabei möge bedeuten: kurve-i: Der Verlauf der relativen Eigenfrequenz der Längsschwingung eines Legierungskörpers, an dem die erfindungsgemäße Behandlung nicht vorgenommen wurde Kurve 2: Der Verlauf der relativen Eigenfrequenz der Torsions°chwingurgdes gleichen legierungskörpers, an dem ebenfalls die erfindungsgemäße Maßnahme nicht vorgenornrren wurde..The procedures shown in Examples 1-3 can also be modified if necessary. For example, the homogenization can generally take place in a reducing or neutral atmosphere. Furthermore, the quenching from the homogenization temperature can also be carried out in air; Furthermore, it is also possible to carry out the aging process at 500 - 60,000 in a neutral atmosphere or in air. The equation mentioned for the TK P shows, as already mentioned, that an ums. The smaller TK u # value is obtained, the closer the second expression in brackets approaches the value zero. To transfer this purely mathematical task to a technical task, it should first be noted that the mathematical equation over the temperature range in which the TK "'value.zero occurs does not say anything: Since: however, the filter arrangements described at the outset are mainly operated at room temperatures, it is desirable that the TK u value zero in a range from about 00C to + 500C in the relevant: all oscillating elements formed The technical task ° ei, therefore schematically illustrated in Abbo 2, in which the course of the relative natural frequency is plotted against the temperature, may mean: curve-i: the course of the relative natural frequency of the longitudinal oscillation of an alloy body on which the treatment according to the invention was not carried out. Curve 2: The Course of the relative natural frequency of the torsional vibration of the same alloy body on which the measure according to the invention was also not performed.

Die Neigung der Tangente an diesen Kurven ist ein Ausdruck für den Betrag und das Vorzeichen des jeweiligen Temperaturkoeffizienten der Längs- (TKfj_) bzw. Torsions-(TK ft )--Schwingung..The slope of the tangent on these curves is an expression of the Amount and the sign of the respective temperature coefficient of the longitudinal (TKfj_) or torsional (TK ft) oscillation ..

Aus Abb.. 2 ist daher ersichtlich, daß die zu den Kurven und 2 gehörigen TK f1- und TKft-Vlerte stark im Betrag und zum Teil auch im Vorzeichen abweichen, so daß innerhalb des betrachteten Temperaturbereiches von 00C bis '+ 500C keine TK f1- und TK ft-Werte resultieren, die den zweiten Klammerausdruck in obiger Gleichung Null werden lassen.From Fig. 2 it can therefore be seen that the curves and 2 belong TK f1 and TKft values differ greatly in amount and sometimes also in sign, so that within the considered temperature range from 00C to + 500C none TK f1 and TK ft values result, which is the second expression in brackets in the above equation Let it become zero.

Kurven l'und 2`zeigen dagegen die für einen kleinen TK angestrebten Zagen der Kurven in diesem Te@peraturbereich., Tritt darüber hinaus der Fall ein, daß die beiden Kurven Fund 2. linear sind Und übereinanderliegen, so sind 'die Vorzeichen der TK f1- und TK ft--Werte über dem betrachteten Temperaturbereich gleichsinnig und die zugehörigen Beträge gleich und konstant, d. ho der TK u-Wert wird in diesem Temperaturbereich Null. l Zum allgemeinen Erfindungsgedanken der vorliegenden Erfindung gehört -es daher, Legierungen aufzuzeigen, bei: denen durch entsprechende Maßnahmen eine Zinsarisierung und Angleichung der Kurven für die relative Eigenfrequenz der Longitudinal- und der Toreions--_echwingung erzielt werden kann. Die erfindungsgemäße Maßnahme besteht darin, geeignete Legierungen vor dem letzten Verformungsechritt auf eine, bestimmte Temperatur zu bringen, um sie dann mit dieser Temperatur in die Verformungeanlage einzusetzen.. Die Temperatur der Legierung kann dabei zwischen der Raumtemperatur und ihrer Curietemperatur liegen Die Erfindung umfaßt vor allem die Behandlung von Legierungen mit 36 - 44 % Ni 0 - 15 % Mo und/,'oder Cr und/oder W 0 - 2 % Be und/oder Ti 0 - 0,8 % Mn 0 - 092 % Si Rest Eisen mit zufälligen Verunreinigungeh, und aus diesen Legierungen hergestellte Schwingelemente mit Endabmeesupgen bei Rundstäben zwischen 0,5.bie 20 mm Durchmesser, und bei Blechen mit Dicken von 0,1 bis 20 mm. Diese Legierungen sind bekannterweise durch kleine TKfl-oder kleine TK ft-`'.'erte,auegezeichnet und im Bau von elektromechanischen Filtern eingesetzt worden; daß neben dem niedrigen TK fl-Wert zugleich die Einstellung eines niedrigen TK u l:ertes in diesen Legierungen möglich ist, macht sie für die Verwendung im Filterbau besonders vorteilhaft. Ein weiterer Vorteil ergibt sich auch. daraus, daß eine getrennte lagerhaltung der Legierungen für die Verwendung als Längsschwinger oder als Torsionsschwinger nichtmehr nötig ist; denn wenn die Legierung für die Anwendung als Längsschwinger genügend tiefe TKfl-Werte und TK u--Werte besitzt, verfügt sie gleichermaßen über einen genügend tiefen TKft:yt'sert für die Verwendung in einem Torsionsschwinge".' Die hier erfindungsgemäß aufgezeigte Verwendung besonders ausgewählter und besonders behandelter Legierungen sind in ihrer Anwendung natürlich nicht nur auf Schwingelemente für den Filterbau beschränkt. Die Verwendung dieser legierungen kann ebenso z. B. in Federelementen erfolgen, bei denen es erwünscht ist, daß die TK f1- und TKft--Werte dem Betrage und dem Vorzeichen nach gleich sind, bzwo in Vor= richtungen, bei denen ein bestimmter TK u-Wert des legierungskörpers vorgeschrieben ist. lCurves 1 'and 2', on the other hand, show the ones aimed at for a small TC The curves appear in this temperature range., If, in addition, the case occurs, that the two curves Fund 2. are linear and lie one above the other, then 'are the signs the TK f1 and TK ft values in the same direction over the temperature range under consideration and the associated amounts equal and constant, d. ho the TK u value will be in this Temperature range zero. l To the general idea of the invention The present invention therefore includes providing alloys in which: appropriate measures a zarization and adjustment of the curves for the relative Natural frequency of the longitudinal and the Toreion oscillation can be achieved. The measure according to the invention is to use suitable alloys before the last To bring the deformation step to a certain temperature in order to then use this Use temperature in the deformation plant .. The temperature of the alloy can The invention lies between room temperature and its Curie temperature mainly includes the treatment of alloys with 36-44% Ni 0-15% Mo and /, 'or Cr and / or W 0-2% Be and / or Ti 0-0.8% Mn 0-092% Si remainder iron with random Contamination and vibrating elements made from these alloys with final dimensions for round bars between 0.5 and 20 mm in diameter, and for sheets with a thickness of 0.1 to 20 mm. These alloys are known by small TKfl or small TK ft-'.' Erte, signed and used in the construction of electromechanical filters been; that in addition to the low TK fl value at the same time the setting of a low one TK u l: ertes is possible in these alloys, makes them suitable for use in Filter construction particularly advantageous. Another benefit arises even. from the fact that a separate storage of the alloys for use as a longitudinal oscillator or as a torsional oscillator is no longer necessary; because if the Alloy for use as a longitudinal transducer with sufficiently low TKfl values and TK u values, it also has a sufficiently low TKft: yt'sert for use in a torsion swing arm ". ' The one shown here according to the invention Use of specially selected and specially treated alloys are in Their application is of course not limited to vibrating elements for filter construction. The use of these alloys can also, for. B. take place in spring elements, where it is desired that the TK f1 and TKft values correspond to the amount and the sign are the same, or in devices where a certain TK u value des alloy body is prescribed. l

Claims

Patent application for the use of an alloy with 3 6 - 44% Ni 0 - 15% Mo and / or or and / or W 0 - 2 @ Be and / or Ti 0 - 0.8 Mn 0 --- 0.2% Si remainder Iron and incidental impurities in which the alloy for the final deformation step-4with a temperature between --200 ° C and the Curie temperature of the alloy into the deformation device used, then aged for 30 minutes between 500 - 600 ° C -and .än the air. Was cooled, for oscillating and peder elements with a small specified Temperature dependence of the cross contract.

2. Use of an alloy according to claim 1 ', but with the alloy material for the last deformation step with a temperature between Room temperature and Curie temperature of the alloy, for vibrating elements that in addition to a small temperature dependence of the natural frequency of the longitudinal oscillation, also a small temperature dependence of the transverse contraction in the carrier from 1.6010-6 / ° C to zero.

3. Use of an alloy according to claim 1, where the temperature dependence of both the natural frequency and the longitudinal oscillation as well as the torsional vibration, in a given temperature range, the same Amount and has the same sign. .